專利名稱：光纖光柵毛細(xì)管式封裝應(yīng)變計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種智能監(jiān)測傳感元件。具體地說是一種用于混凝土應(yīng)變監(jiān)測的封裝光纖光柵傳感元件。
背景技術(shù)：
1978年，加拿大的Hill發(fā)明摻鍺光纖中光致折射率變化的現(xiàn)象使芯內(nèi)光柵得以問世。1989年，美國的Meltz發(fā)明摻鍺光纖光柵紫外側(cè)寫入技術(shù)，人們利用這一技術(shù)可以方便地制作各種常數(shù)的光纖光柵，使得成本大大降低，為其廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。由于光纖光柵具有波長選擇性、與光纖系統(tǒng)兼容、插入損耗低、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，光纖光柵在通訊與傳感領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用前景。光纖光柵用于傳感的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在能避免電磁場的干擾，電絕緣性好；不受潮濕環(huán)境影響；耐久性好，具有抵抗包括高溫(小于600℃)在內(nèi)的各種惡劣環(huán)境及化學(xué)侵蝕的能力，具有承受振動和沖擊的能力；質(zhì)量輕、體積小、對結(jié)構(gòu)影響小、易于布置；既可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)測量，也可以實(shí)現(xiàn)分布式測量；絕對測量；節(jié)省線路，只用一根線就可以傳送結(jié)構(gòu)狀態(tài)信號；信號、數(shù)據(jù)可多路傳輸，便于與計(jì)算機(jī)連接，單位長度上信號衰減?。混`敏度高，精度高；頻帶寬，信噪比高等。但是，由于裸光纖光柵特別纖細(xì)，外徑約為125微米左右，其主要成分是SiO2，因此特別脆弱，由其它的抗剪能力很差，直接將其作為傳感元件在工程實(shí)際中遇到了布設(shè)工藝難題，根本不能適應(yīng)混凝土結(jié)構(gòu)粗放式生產(chǎn)方式與惡劣的服役環(huán)境，嚴(yán)重地制約了光纖光柵在土木工程中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、測量混凝土應(yīng)變精度高、適應(yīng)混凝土結(jié)構(gòu)粗放式施工、耐久性好的光纖光柵毛細(xì)管式封裝應(yīng)變計(jì)。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括金屬毛細(xì)管，在金屬毛細(xì)管中布置有光纖光柵，布有光纖光柵的金屬毛細(xì)管中吸有將光纖光柵與金屬毛細(xì)管構(gòu)成一體的膠粘劑。本實(shí)用新型還可以包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征1、在金屬毛細(xì)管的兩端各設(shè)置一個(gè)鏜孔金屬環(huán)；2、在尾端有一段露出的光纖；3、在首端設(shè)置與跳線連接的光纖。本實(shí)用新型針對混凝土結(jié)構(gòu)粗放式施工的特點(diǎn)，研究開發(fā)了光纖光柵的金屬毛細(xì)管式封裝方法，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)變的特征，設(shè)計(jì)了適于混凝土及鋼筋混凝土內(nèi)部應(yīng)變測試需要的光纖光柵毛細(xì)管式封裝應(yīng)變計(jì)。它采用真空管吸技術(shù)，將如環(huán)氧樹脂、丙烯酸脂等膠粘劑吸入已經(jīng)布置好光纖光柵的金屬毛細(xì)管內(nèi)?？紤]混凝土結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)，即混凝土應(yīng)變通常取其10cm的平均應(yīng)變，將毛吸管的兩端套上金屬環(huán)，增加毛吸管與混凝土的協(xié)同變形能力。其封裝技術(shù)充分利用真空管吸的受力均勻特性將光纖光柵封裝在金屬毛細(xì)管的正中間，膠凝固后，光纖光柵、膠粘劑、金屬毛細(xì)管等構(gòu)成一體。由于混凝土與金屬結(jié)構(gòu)的粘接力較高，保證了光纖光柵的變形與混凝土一致，從而光纖光柵感應(yīng)的應(yīng)變很好的反映了混凝土的變形?？紤]土木工程結(jié)構(gòu)長期健康監(jiān)測時(shí)溫度的影響與準(zhǔn)分布測量的需要，在尾端設(shè)置一段露出的光纖，以便焊接溫度補(bǔ)償光纖光柵與串聯(lián)光纖光柵傳感元件。補(bǔ)償光纖光柵置于另一毛細(xì)金屬管中，保證其不受外力的影響。因此，只需將本實(shí)用新型的裝置進(jìn)行應(yīng)變傳感標(biāo)定后就可以用來測量混凝土的變形。不考慮光纖光柵的應(yīng)變與溫度耦合作用，本實(shí)用新型的傳感特性為Δλ/λ＝Kεε+KTΔT式中，Kε為光纖光柵應(yīng)變傳感靈敏度系數(shù)；KT為光纖光柵溫度傳感靈敏度系數(shù)，它們可以通過標(biāo)定試驗(yàn)得到。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1、適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。可以方便制作同一規(guī)格的毛細(xì)管封裝光纖光柵應(yīng)變傳感器。只需部分標(biāo)定，就可以得到同批應(yīng)變計(jì)的傳感系數(shù)。2、應(yīng)變監(jiān)測精度高，可以達(dá)到1-2微應(yīng)變的精度。3、可以多個(gè)串連，易于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式測量與溫度補(bǔ)償。4、抗電磁干擾、抗潮濕、耐腐蝕等。5、適應(yīng)惡劣的土木工程施工與服役環(huán)境，滿足結(jié)構(gòu)耐久性監(jiān)測的需要。


附圖是本實(shí)用新型的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖舉例對本實(shí)用新型做更詳細(xì)的描述其結(jié)構(gòu)組成包括金屬毛細(xì)管2，在金屬毛細(xì)管中布置有光纖光柵3，布有光纖光柵的金屬毛細(xì)管中吸有將光纖光柵與金屬毛細(xì)管構(gòu)成一體的膠粘劑。在金屬毛細(xì)管的兩端各設(shè)置一個(gè)鏜孔金屬環(huán)1。在尾端有一段露出的光纖5。在首端設(shè)置與跳線連接的光纖4。本實(shí)用新型的產(chǎn)品可以采用這樣的方法來制作將兩個(gè)鏜孔金屬環(huán)鉚固在金屬毛細(xì)管上，金屬毛細(xì)管可以選用不銹鋼、鈦合金等材料制作，為了保證它們的協(xié)同變形能力，金屬毛細(xì)管伸出鏜孔金屬環(huán)的部分翻邊。將刻有光柵的裸光纖伸入金屬毛細(xì)管內(nèi)，并將其豎直固定于鋼架上，保證光纖光柵垂直懸于金屬毛細(xì)管正中，保證光纖有一定長度伸出金屬毛細(xì)管外。在金屬毛細(xì)管的下部將吸管固定好，保證完全密封。然后在上面的鏜孔中注入膠粘劑，膠粘劑可以是環(huán)氧樹脂或丙烯酸脂(如J133或J39)，緩慢拉動吸管，在真空壓力下膠粘劑充滿金屬毛細(xì)管。這樣借助真空壓力下膠粘劑的流動將光纖光柵封裝于金屬毛細(xì)管內(nèi)。待膠粘劑固化后光纖光柵與整個(gè)金屬毛細(xì)管構(gòu)成一體，充分保證了光纖光柵與整個(gè)金屬毛細(xì)管的變形協(xié)調(diào)性。尾端露出的光纖可以直接連接光纖跳線或其他光纖傳感器。
權(quán)利要求1.一種光纖光柵毛細(xì)管式封裝應(yīng)變計(jì)，其特征是它包括金屬毛細(xì)管，在金屬毛細(xì)管中布置有光纖光柵，布有光纖光柵的金屬毛細(xì)管中吸有將光纖光柵與金屬毛細(xì)管構(gòu)成一體的膠粘劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵毛細(xì)管式封裝應(yīng)變計(jì)，其特征是在金屬毛細(xì)管的兩端各設(shè)置一個(gè)鏜孔金屬環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的光纖光柵毛細(xì)管式封裝應(yīng)變計(jì)，其特征是在尾端有一段露出的光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的光纖光柵毛細(xì)管式封裝應(yīng)變計(jì)，其特征是在首端設(shè)置與跳線連接的光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖光柵毛細(xì)管式封裝應(yīng)變計(jì)，其特征是在首端設(shè)置與跳線連接的光纖。
專利摘要本實(shí)用新型提供的是一種光纖光柵毛細(xì)管式封裝應(yīng)變計(jì)。它包括金屬毛細(xì)管，在金屬毛細(xì)管中布置有光纖光柵，布有光纖光柵的金屬毛細(xì)管中吸有將光纖光柵與金屬毛細(xì)管構(gòu)成一體的膠粘劑。具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉；可以方便制作同一規(guī)格的毛細(xì)管封裝光纖光柵應(yīng)變傳感器；應(yīng)變監(jiān)測精度高；可以多個(gè)串連，易于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式測量與溫度補(bǔ)償；抗電磁干擾、抗潮濕、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01B11/16GK2549430SQ0227356
公開日2003年5月7日 申請日期2002年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月30日
發(fā)明者歐進(jìn)萍, 周智 申請人:歐進(jìn)萍, 周智