[實用新型]一種膠砂式光纖混凝土應力傳感器

有效

• 申請號: 202020007565.3
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN211401504U
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 周會娟;余尚江;陳晉央;曹艷迪;張文敏
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事科學院國防工程研究院工程防護研究所
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 洛陽潤誠慧創知識產權代理事務所(普通合伙) 41153
• 代理人: 智宏亮

本實用新型公開了一種膠砂式光纖混凝土應力傳感器，一種膠砂式光纖混凝土應力傳感器，包括鎧裝光纜、殼體、裸光纖和光纖傳感解調儀，裸光纖設置在殼體的內部中軸線上且平行于殼體軸向，鎧裝光纜設置在殼體的進口端，鎧裝光纜的一端與裸光纖連接，鎧裝光纜的另一端與光纖傳感解調儀相連接；所述的殼體的端部中心處設置有軸向的安裝孔。本實用新型采用環氧樹脂與砂制作的殼體可使制作好的傳感器殼體與待測混凝土介質的物理參數相匹配，采用光纖光柵作為核心敏感元件，且殼體與光纜一體封裝，使得傳感器抗干擾能力強、精度高，埋入混凝土等惡劣環境中的存活率高、耐久性好。

技術領域

本實用新型屬于傳感技術領域，特別是涉及一種膠砂式光纖混凝土應力傳感器。

背景技術

混凝土和混凝土類材料在沖擊荷載作用下的性能，對于研究在地震、突發沖擊或爆炸等極端條件下的安全要求是不可或缺的，研究混凝土沖擊或抗爆性能就需要了解結構構件在荷載作用下內部應力的分布情況。目前，隨著硬目標侵徹武器的發展，鉆地武器的侵徹機理研究以及侵徹爆炸效應研究也需要測量混凝土靶板或結構內的沖擊應力，以便為侵徹武器的研究與性能改進以及防護材料和防護結構的研究提供必要的數據。此外混凝土或巖石等材料內爆炸沖擊應力波測試，對爆破破巖機理的研究都是十分有意義的。

由于混凝土材料內的力學參數測試總是在惡劣的環境條件下進行的，首先是混凝土在澆注的過程中的高水高堿環境，常用的電子類傳感器埋入后的性能容易下降，穩定性與耐久性差，成活率較低；其次是動態試驗總是會伴隨著強沖擊和破壞性，這對傳感器本身的要求很高；再者，在武器爆炸、戰場毀傷評估等試驗中火藥爆炸產生的強電磁干擾對傳感器的影響很大，甚至會影響測量結果的正確性；而且在這些試驗中，信號需要傳輸的距離通常較遠，對于傳感器輸出的弱信號會引起嚴重衰減和再次引入干擾，造成測量精度下降。此外，測量混凝土結構內的應力應變時，埋入的傳感器置換了結構中的一部分混凝土，當進行動態測量時，為消除傳感器埋置帶來的誤差，理論上要求傳感器應該與周圍介質材料具有相同的密度和波速，但實際上傳感器不可能與被測介質完全相同。為了減小測量誤差，在選擇傳感器封裝材料時，應盡量考慮封裝材料的性質與被測介質接近。

近年來，研究人員提出裸光纖光柵可直接作為應變傳感器，但要在防護工程惡劣環境中應用，特別是要實現混凝土結構內部應變等物理量的傳感，必須將光纖光柵埋入混凝土結構內部。埋入主要的問題是在埋設光柵的過程中如何保護光柵，保證光柵的成活率，同時光纖在混凝土構件的位置必須要滿足參數測試的要求。由于光纖的直徑非常小，且光纖Bragg 光柵制造于去掉涂覆層的單模石英光纖上，因此它特別脆弱，尤其抗剪能力差，容易折斷，很難適應混凝土在澆筑過程中機械的振動和混凝土的翻動等施工現場的惡劣環境。為了克服以上的困難，人們提出了多種方法，在實際使用中主要是采用封裝方式，即將光柵封裝于某種結構的材料中，再將封裝后形成的傳感器埋入混凝土結構中使用。目前在土木工程應用中常采用的封裝方式是金屬管式封裝、鋼柱式封裝和鋼片式封裝，這些封裝結構的材料均為金屬鋼材，因鋼材與混凝土材料在密度、彈性模量、泊松比、剛度等力學性質方面相差較大，對于介質中動態應變、特別是高速動態應變測量來說，其測量誤差較大。因此必須選擇合適的封裝材料和結構來實現混凝土結構內的動態應力應變的測試。

實用新型內容

本實用新型的目的是提出一種膠砂式光纖混凝土應力傳感器，具有相容性好、匹配誤差小、測試精度高、環境適應性強等優點。

為實現上述使用新型的目的，本實用新型采取以下技術方案：

一種膠砂式光纖混凝土應力傳感器，包括鎧裝光纜、殼體、裸光纖和光纖傳感解調儀，裸光纖設置在殼體的內部中軸線上且平行于殼體軸向，鎧裝光纜設置在殼體的進口端，鎧裝光纜的一端與裸光纖連接，鎧裝光纜的另一端與光纖傳感解調儀相連接；所述的殼體的端部中心處設置有軸向的安裝孔；所述的裸光纖中部纖芯上還設置有光纖光柵，裸光纖通過安裝孔設置在殼體內；所述的光纖傳感解調儀為長方體結構，在光纖傳感解調儀的一側設置有鎧裝光纜連接口。

所述的光纖光柵為在裸光纖上制作的光纖布拉格光柵（FBG）。