[發明專利]一種應用于單點應力監測的光纖光柵傳感器

在審

• 申請號: 201710522811.1
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107478364A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 丁克勤;劉關四
• 申請（專利權）人: 中國特種設備檢測研究院;北京中檢希望科技有限公司
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理事務所(普通合伙)11457
• 代理人: 黃云鐸

技術領域

本發明涉及一種光纖光柵傳感器裝置。

背景技術

目前行業中針對應力測試的手段包括電阻應變法、光纖光柵法、X射線衍射法、中子衍射法、磁性法、超聲波法、電子散斑干涉法等。但大多測試手段僅限于測試，不適用于長期監測。

現有的光纖光柵應變傳感器通常只能監測待測結構單個方向的應力狀態，對于工程結構而言，結構疲勞裂紋通常是該點最大主應力引起的，因此需要測量單個結構或兩個結構之間在多個方向上的應變量，以確定結構最大主應力，從而以滿足結構工程應力狀態監測的需求，避免結構裂紋失效導致工程事故的發生。

三向應變測量裝置有4個傳感器24個接線端子，一根導線9個接線端子，使用時該裝置測量時，按照給定的方式接線時在測點部位需要接12根信號線和12根電源線，接線復雜，任何一根線連接錯誤都可能會導致無結果或結果不準確。

傳統的應變監測手段在使用中往往受到限制，一是測試的準備工作和實施過程工作量很大，效率不高；二是應變片本身存在測量漂移，只能開展短期應變測量，不能對金屬結構應變進行長期的監測，更不能滿足大型設備高精度、遠距離、分布式監測的技術要求。

發明內容

光纖光柵應變傳感器多為單軸應變監測，常規電阻應變花由三個應變片組成，根據應變片之間的不同角度，應變花可以有多種形式，包括直角應變花、等邊三角形應變花等等，無法實現被測結構測點單點應力狀態的長期監測。本發明結合工程實踐，利用光纖應變花原理和光纖光柵波分復用技術實現被測結構測點單點應力狀態的長期監測。

本發明公開了一種應用于單點應力監測的光纖光柵傳感器，其目的在于實現被測結構測點單點應力狀態的長期監測。為實現上述目的，本發明采用的技術方案是結合電阻應變花原理和光纖光柵波分復用技術，設計出應用于單點應力監測的光纖光柵傳感器。

波分復用技術指兩種或多種不同波長的光載波信號在發送端經合波器匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進行傳輸的技術；在接收端，經分波器將各種波長的光載波分離，然后由光接收機作進一步處理以恢復原信號，從而分別得到四個傳感器的波長變化信息。

本發明中SS1、SS2、SS3和TS1四種不同波長的傳感器串聯，用一根光纖進行傳輸采用的即為波分復用技術。

應變花的應力計算：

式中：

——ε_ss1、ε_ss2、ε_ss3分別為所測得的SS1、SS2和SS3光纖光柵傳感器的應變；

——E為材料的彈性模量；

——μ為材料泊松比。

本發明的技術方案如下：

一種應用于單點應力監測的光纖光柵傳感器，由基體、光纖光柵溫度傳感器、光纖光柵應變傳感器、焊接螺栓柱、外殼組成。基體按照設計的結構形式進行加工，三個光纖光柵應變傳感器分別固定在待測結構表面0°、45°、90°三個方向，光纖光柵溫度傳感器固定在45°與90°應變傳感器之間，四個傳感器串聯。三個光纖光柵應變傳感器兩端分別擇膠水粘接或焊接在四個焊接螺栓柱內部，光纖光柵溫度傳感器兩端松弛固定。外殼由上、下兩部分組成，螺柱孔帶有一定的活動余量。單點應力監測光纖光柵傳感器使用時，用螺柱焊機分別從對角方向進行焊接固定。

附圖說明

圖1為光纖光柵應力監測傳感器的等軸視圖；

圖2為光纖光柵應力監測傳感器的上視圖；

圖3為光纖光柵應力監測傳感器基體上視圖；

圖4為光纖光柵應力監測傳感器基體下視圖；

圖5為光纖光柵應力監測傳感器基體等軸視圖。

具體實施方式

下面結合附圖對具體實施方式進行說明：

本發明的核心是提供一種應用于單點應力監測的光纖光柵傳感器，能夠實現對待測結構多個軸向應力進行長期監測。

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。

請參照圖1-圖5，圖1為本發明所提供的光纖光柵應力監測傳感器一種具體實施方式的等軸視圖；圖2為本發明所提供光纖光柵應力監測傳感器一種具體實施方式的上視圖；圖3為本發明所提供光纖光柵應力監測傳感器基體上視圖；圖4為本發明所提供光纖光柵應力監測傳感器基體下視圖；圖5為本發明所提供光纖光柵應力監測傳感器基體等軸視圖。