[發(fā)明專(zhuān)利]一種高耐久性光纖光柵應(yīng)變傳感器及其封裝方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011608187.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112595255A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙雪峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)人工智能大連研究院;大連池上智能監(jiān)測(cè)科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/16
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/16;G02B6/44;G02B6/46
• 代理公司: 青島恒昇眾力知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37332
• 代理人: 蘇友娟

本發(fā)明公開(kāi)了一種高耐久性光纖光柵應(yīng)變傳感器及其封裝方法。該傳感器兩個(gè)圓柱狀光纖纏繞裝置、固定底板、光纖光柵及光導(dǎo)纖維；兩個(gè)光纖纏繞裝置固定于固定底板上，光導(dǎo)纖維的兩端分別對(duì)應(yīng)纏繞于兩個(gè)圓柱狀光纖纏繞裝置上，且兩個(gè)的圓柱狀光纖纏繞裝置之間具有間距，且間距的長(zhǎng)度至少可以使得位于兩個(gè)的圓柱狀光纖纏繞裝置之間的光導(dǎo)纖維集成光纖光柵；位于兩個(gè)的圓柱狀光纖纏繞裝置之間的光導(dǎo)纖維保持有恒定的預(yù)張拉力，并與光纖光柵組成傳感段光導(dǎo)纖維；光導(dǎo)纖維通過(guò)粘結(jié)劑固定于圓柱狀光纖纏繞裝置上。該傳感器的應(yīng)變傳遞只由固定底板、圓柱狀光纖纏繞裝置以及傳感段光纖以及維持預(yù)張力的少量粘結(jié)劑組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐久性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種高耐久性光纖光柵應(yīng)變傳感器及其封裝方法。

背景技術(shù)

在土木工程領(lǐng)域，測(cè)量結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)變對(duì)于了解結(jié)構(gòu)的安全性能以及結(jié)構(gòu)的服役狀態(tài)具有重要意義。因此，獲得結(jié)構(gòu)在荷載作用下的應(yīng)變信息是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)工作的常規(guī)內(nèi)容之一。對(duì)于整體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，我們會(huì)關(guān)心其在動(dòng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)參數(shù)，所以需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲得并分析結(jié)構(gòu)響應(yīng)和模態(tài)參數(shù)等，而這些反映結(jié)構(gòu)靜力與動(dòng)力特性的參數(shù)主要有應(yīng)變、加速度與位移。對(duì)于結(jié)構(gòu)的構(gòu)件來(lái)說(shuō)，往往需要知道其在工作狀態(tài)下的應(yīng)力響應(yīng)情況，為后續(xù)評(píng)價(jià)構(gòu)件的性能分析提供依據(jù)，對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題，常常通過(guò)應(yīng)變來(lái)進(jìn)行分析。

光纖光柵應(yīng)變傳感器是近十幾年來(lái)快速發(fā)展，并得到迅速應(yīng)用的新型傳感器。但是由于光纖的直徑小，在具體應(yīng)用的時(shí)候，需要對(duì)光纖光柵進(jìn)行封裝保護(hù)。一般的方法是將光纖光柵粘貼在某種彈性體上，然后一起固定在待測(cè)結(jié)構(gòu)表面。結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)變需要經(jīng)過(guò)彈性體和粘結(jié)劑的粘結(jié)層轉(zhuǎn)遞到光纖光柵表面，從而引起光纖光柵的應(yīng)變變化。但是在結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期工作的時(shí)間內(nèi)，粘結(jié)劑的耐久性將直接影響結(jié)構(gòu)應(yīng)變傳遞到光纖光柵的效率。一旦粘結(jié)劑失效，結(jié)構(gòu)的應(yīng)變到光纖光柵應(yīng)變的傳遞關(guān)系將發(fā)生改變，從而影響傳感器的應(yīng)變測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在上述問(wèn)題的，本發(fā)明提出了一種高耐久性光纖光柵應(yīng)變傳感器及其封裝方法，可有效提高傳感器的耐久性和測(cè)量精度。

本發(fā)明具體技術(shù)方案如下：

一種高耐久性光纖光柵應(yīng)變傳感器，包括：兩個(gè)圓柱狀光纖纏繞裝置、固定底板、光纖光柵及光導(dǎo)纖維；兩個(gè)所述的圓柱狀光纖纏繞裝置固定于所述固定底板上，所述光導(dǎo)纖維的兩端分別對(duì)應(yīng)纏繞于兩個(gè)所述圓柱狀光纖纏繞裝置上，且兩個(gè)所述的圓柱狀光纖纏繞裝置之間具有間距，且所述間距的長(zhǎng)度至少可以使得位于兩個(gè)所述的圓柱狀光纖纏繞裝置之間的光導(dǎo)纖維集成所述光纖光柵；位于兩個(gè)所述的圓柱狀光纖纏繞裝置之間的光導(dǎo)纖維保持有恒定的預(yù)張拉力，并與所述光纖光柵3組成傳感段光導(dǎo)纖維；纏繞于所述圓柱狀光纖纏繞裝置上的光導(dǎo)纖維通過(guò)粘結(jié)劑固定于所述圓柱狀光纖纏繞裝置上。

優(yōu)選地，所述預(yù)張拉力引起所述光纖光柵1500με的應(yīng)變水平。

優(yōu)選地，每個(gè)所述的光導(dǎo)纖維均在對(duì)應(yīng)的所述圓柱狀光纖纏繞裝置（1）上纏繞5圈以上。通過(guò)將光導(dǎo)纖維多次纏繞圓柱狀光纖纏繞裝置，使得光導(dǎo)纖維的預(yù)張力逐漸伴隨纏繞圈數(shù)的增加而減小，從而應(yīng)用粘結(jié)劑可以采用較小的粘結(jié)力或摩擦力維持傳感段光導(dǎo)纖維的恒定預(yù)張力。

優(yōu)選地，圓柱狀光纖纏繞裝置的直徑大于2cm，以便減少光導(dǎo)纖維纏繞引起的光損問(wèn)題。

優(yōu)選地，所述光導(dǎo)纖維為抗折光纖，以進(jìn)一步減少光導(dǎo)纖維的光損問(wèn)題。

本發(fā)明還提出了一種前述的高耐久性光纖光柵應(yīng)變傳感器的封裝方法，包括以下步驟：

步驟一，依據(jù)傳感標(biāo)距要求，將兩個(gè)圓柱狀光纖纏繞裝置固定在固定底板上；

步驟二，先將松弛的光導(dǎo)纖維纏繞在一個(gè)圓柱狀狀光纖纏繞裝置上，纏繞5圈以上，然后用粘結(jié)劑將光導(dǎo)纖維與圓柱體粘貼固定；

步驟三，將光導(dǎo)纖維的另一端在保持一定的預(yù)張力的情況下纏繞在另一個(gè)圓柱狀光纖纏繞裝置上，纏繞5圈以上；