[發(fā)明專利]一種增敏型光纖光柵傳感器、及應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)和方法

有效

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• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108253904B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃建業(yè);王學(xué)鋒;卞賀明;藍(lán)天;李保勇;杜辰虹
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發(fā)明公開了一種增敏型光纖光柵傳感器、及應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)和方法；其中，所述增敏型光纖光柵傳感器，包括：增敏光纖光柵、待測柔性結(jié)構(gòu)、光纖和柔性保護(hù)套管；增敏光纖光柵植入在待測柔性結(jié)構(gòu)中；光纖與待測柔性結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有柔性保護(hù)套管，以實(shí)現(xiàn)在植入段光纖與待測柔性結(jié)構(gòu)的隔離；增敏光纖光柵，包括：至少兩個(gè)中心帶通孔的增敏小球和光纖光柵；光纖光柵依次穿過各增敏小球的中心通孔、與各增敏小球連接；各增敏小球按照預(yù)設(shè)間距排布在所述光纖光柵上。通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對柔性結(jié)構(gòu)的應(yīng)變的監(jiān)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖光柵傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種增敏型光纖光柵傳感器、及應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

光纖光柵傳感器是以光柵為傳感和光纖為光波導(dǎo)的新型傳感器，具有靈敏度高、抗電磁干擾強(qiáng)、體積小、重量輕和易于組網(wǎng)等特點(diǎn)，已成為新一代傳感器發(fā)展的方向。例如，目前的光纖光柵傳感器可植入復(fù)合材料或者智能材料內(nèi)部，形成智能傳感器網(wǎng)絡(luò)，對結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、溫度、變形等物理量進(jìn)行監(jiān)測，即植入式測量，是最具應(yīng)用前景的先進(jìn)傳感器之一。

對于柔性結(jié)構(gòu)，如硅膠、橡膠、固體燃料等材料，在各種貯存、運(yùn)輸和力學(xué)環(huán)境下需要進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測，以便進(jìn)行健康檢測和安全評估。然而，現(xiàn)有的植入式測量方式難以滿足對柔性結(jié)構(gòu)的應(yīng)變的監(jiān)測：1、若采用柔性光纖光柵傳感器進(jìn)行植入，由于柔性光纖光柵傳感器的強(qiáng)度太低，在植入過程中易發(fā)生破壞；同時(shí)，也不能進(jìn)行定位，故無法實(shí)現(xiàn)對柔性結(jié)構(gòu)的應(yīng)變監(jiān)測。2、若采用常規(guī)光纖光柵傳感器進(jìn)行植入，由于常規(guī)光纖光柵傳感器的相對剛度太大，在常規(guī)光纖光柵傳感器植入柔性結(jié)構(gòu)以后，柔性結(jié)構(gòu)的應(yīng)變僅以極低的效率傳遞到常規(guī)光纖光柵傳感器上，分辨率低下；同時(shí)，光纖所受的拉力會傳遞到光纖光柵上，影響光纖光柵所在測點(diǎn)處應(yīng)變測量的準(zhǔn)確度，無法準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)對柔性結(jié)構(gòu)的應(yīng)變的長期監(jiān)測和安全評估。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種增敏型光纖光柵傳感器、及應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)和方法，以實(shí)現(xiàn)對柔性結(jié)構(gòu)的應(yīng)變的監(jiān)測。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種增敏型光纖光柵傳感器，包括：增敏光纖光柵1、待測柔性結(jié)構(gòu)2、光纖3和柔性保護(hù)套管4；

增敏光纖光柵1植入在待測柔性結(jié)構(gòu)2中；

光纖3與待測柔性結(jié)構(gòu)2之間設(shè)置有柔性保護(hù)套管4，以實(shí)現(xiàn)在植入段光纖3與待測柔性結(jié)構(gòu)2的隔離；

所述增敏光纖光柵1，包括：至少兩個(gè)中心帶通孔的增敏小球11和光纖光柵12；其中，光纖光柵12依次穿過各增敏小球11的中心通孔、與各增敏小球11連接；各增敏小球11按照預(yù)設(shè)間距排布在所述光纖光柵12上。

在上述增敏型光纖光柵傳感器中，增敏小球11為球狀或橢球狀硬質(zhì)塑料。

在上述增敏型光纖光柵傳感器中，增敏小球11的直徑為：1～10mm；中心通孔直徑不大于0.5mm。

在上述增敏型光纖光柵傳感器中，增敏小球11的數(shù)量為兩個(gè)；其中，兩個(gè)增敏小球11分別設(shè)置在光纖光柵12的兩端。

在上述增敏型光纖光柵傳感器中，待測柔性結(jié)構(gòu)2的彈性模量小于等于 500MPa。

在上述增敏型光纖光柵傳感器中，柔性保護(hù)套管4的彈性模量不大于待測柔性結(jié)構(gòu)2的彈性模量；其中，柔性保護(hù)套管4的一端固定在增敏小球11上，另一端引出待測柔性結(jié)構(gòu)2。

在上述增敏型光纖光柵傳感器中，柔性保護(hù)套管4的內(nèi)徑大于光纖3的直徑。

在上述增敏型光纖光柵傳感器中，增敏小球11和光纖光柵12通過膠粘劑粘接。

相應(yīng)的，本發(fā)明還公開了一種應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)，包括：如前所述的增敏型光纖光柵傳感器100、光纖光柵解調(diào)儀200和上位機(jī)300；