專(zhuān)利名稱(chēng)：光纖光柵應(yīng)變、溫度同時(shí)測(cè)量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工程結(jié)構(gòu)應(yīng)變和溫度測(cè)量裝置，尤其是對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用 過(guò)程中的溫度和應(yīng)變狀態(tài)同時(shí)監(jiān)測(cè)的傳感器。
背景技術(shù)：
目前，基于電阻原理或者振動(dòng)原理的傳感器安裝于工程結(jié)構(gòu)上，可測(cè)量結(jié)構(gòu)的溫度 和應(yīng)變反應(yīng)。但是此類(lèi)傳感器在工程應(yīng)用中尚有一定的局限性，如容易受到電磁干擾而 產(chǎn)生信號(hào)失真、長(zhǎng)斯使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生漂移和徐變現(xiàn)象、導(dǎo)線復(fù)雜等。也有一部分基于 光學(xué)原理的應(yīng)變或者溫度傳感器可用于結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、溫度測(cè)量，但是都只是對(duì)單一物理 量的測(cè)量，不能滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)傳感器集成化的要求。
為了開(kāi)發(fā)性能更為優(yōu)良的傳感器用于結(jié)構(gòu)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，選用基于光纖光柵原理的傳 感器是有效的途徑之一。光纖布拉格光柵傳感(Fiber Bragg Grating， FBG)是一種新 型的傳感原理，它以光波為信號(hào)載體，并采用波長(zhǎng)調(diào)制，不受光強(qiáng)的影響，信號(hào)穩(wěn)定， 在土木工程結(jié)構(gòu)的各種場(chǎng)合都具有良好的傳感性能。利用光纖光柵原理制作的應(yīng)變和溫 度傳感器能有效的測(cè)量結(jié)構(gòu)的溫度和應(yīng)變，且制作出的傳感器具有體積小、測(cè)量精度高、 抗電磁干擾、耐腐蝕、可靠性和穩(wěn)定性好、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種光纖光柵應(yīng)變、溫度同時(shí)測(cè)量傳感器，它能對(duì) 工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量；同時(shí)，傳感器安裝于結(jié)構(gòu)后，能達(dá)到對(duì)應(yīng)變和 溫度的同時(shí)測(cè)量。
技術(shù)方案本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明的光纖光柵應(yīng)變、溫度同時(shí)測(cè)量傳感器，該傳感器包括光纖光柵應(yīng)變傳感器、 光纖光柵溫度傳感器、第一不銹鋼管、第一環(huán)氧樹(shù)脂；其中光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖 光柵溫度傳感器布置在第一不銹鋼管管腔中，所述第一環(huán)氧樹(shù)脂填充在第一不銹鋼管的 管腔中；光纖光柵應(yīng)變傳感器的第一尾纖和第二尾纖分別穿過(guò)第一不銹鋼管的兩端；
所述光纖光柵溫度傳感器包括第二裸光纖光柵、第三環(huán)氧樹(shù)脂、第四環(huán)氧樹(shù)脂、金屬管、導(dǎo)熱液體；其中金屬管的兩端分別用第三環(huán)氧樹(shù)脂、第四環(huán)氧樹(shù)脂封閉，金屬管 的管腔中封閉有導(dǎo)熱液體;第二裸光纖光柵的一端穿過(guò)第三環(huán)氧樹(shù)脂伸入金屬管內(nèi)的導(dǎo) 熱液體處于管腔中，與第四環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)表面不接觸，第二裸光纖光柵另一端處于金屬管 的管腔外形成第三尾纖，第三尾纖穿過(guò)第一不銹鋼管的一端與穿過(guò)第一不銹鋼管同一端 的第一尾纖焊接連接。
本發(fā)明的光纖光柵應(yīng)變、溫度同時(shí)測(cè)量傳感器，所述光纖光柵應(yīng)變傳感器由第一裸 光纖光柵、第二環(huán)氧樹(shù)脂、第二不銹鋼管組成；第一裸光纖光柵布置在第二不銹鋼管中， 所述第二環(huán)氧樹(shù)脂填充在第二不銹鋼管中，第一裸光纖光柵的一端從第二不銹鋼管的一 端穿出并在管腔外形成第一尾纖，第一裸光纖光柵的另一端從第二不銹鋼管的另一端穿 出并在管腔外形成第二尾纖；
本發(fā)明的光纖光柵應(yīng)變、溫度同時(shí)測(cè)量傳感器，第一不銹鋼管是帶凹槽的矩形不銹 鋼片。
本發(fā)明的光纖光柵應(yīng)變、溫度同時(shí)測(cè)量傳感器，所述金屬管的材質(zhì)為鋁。 本發(fā)明的光纖光柵應(yīng)變、溫度同時(shí)測(cè)量傳感器，第一不銹鋼管的橫截面是圓型或者 矩形。
有益效果:利用金屬管封裝的光纖光柵溫度傳感器的溫度測(cè)量值對(duì)第二不銹鋼管封 裝的光纖光柵應(yīng)變傳感器進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到同時(shí)測(cè)量結(jié)構(gòu)應(yīng)變和溫度變化的效果，具有精 度高、傳感器集成度高、對(duì)結(jié)構(gòu)影響小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。另 外，本發(fā)明將封裝了光纖光柵的第二不銹鋼管和金屬管封裝在第一不銹鋼管中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，制作安裝方便。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)縱剖面構(gòu)造示意圖； 圖2是A-A方向的剖面構(gòu)造圖3是光纖光柵應(yīng)變傳感器14的結(jié)構(gòu)縱剖面構(gòu)造示意圖； 圖4是光纖光柵溫度傳感器15的結(jié)構(gòu)縱剖面構(gòu)造示意圖。
圖中有第一尾纖l;第一不銹鋼管2;第一環(huán)氧樹(shù)脂3;第二尾纖4;第三尾纖5; 第二不銹鋼管6;第二環(huán)氧樹(shù)脂7;第一裸光纖光柵8;第三環(huán)氧樹(shù)脂9;金屬管10;
第四環(huán)氧樹(shù)脂ll;第二裸光纖光柵12，導(dǎo)熱液體13。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明
如圖1 圖4所示，本發(fā)明的光纖光柵應(yīng)變、溫度同時(shí)測(cè)量傳感器包括第一尾纖l; 第一不銹鋼管2;第一環(huán)氧樹(shù)脂3;第二尾纖4;第三尾纖5;第二不銹鋼管6;第二環(huán) 氧樹(shù)脂7;第一裸光纖光柵8;第三環(huán)氧樹(shù)脂9;金屬管10;第四環(huán)氧樹(shù)脂ll;第二裸 光纖光柵12，導(dǎo)熱液體13;其中將第二不銹鋼管6采用酒精洗凈烘干后固定于實(shí)驗(yàn)臺(tái) 座，第一裸光纖光柵8的光柵段去除涂敷層并用脫脂棉球蘸酒精擦凈后穿過(guò)第二不銹鋼
管6，分別在兩端形成第一尾纖1和第二尾纖4，調(diào)整實(shí)驗(yàn)臺(tái)座使第一裸光纖光柵8具 有一定的預(yù)拉應(yīng)變并保持平直且位于第二不銹鋼管6的中心，在第二不銹鋼管6中灌入 第二環(huán)氧樹(shù)脂7，加熱使第二環(huán)氧樹(shù)脂7凝固；將金屬管IO采用酒精洗凈烘干后固定 于實(shí)驗(yàn)臺(tái)座，利用第四環(huán)氧樹(shù)脂11將金屬管10右端封閉，加熱使第四環(huán)氧樹(shù)脂ll凝 固，在金屬管10中灌滿(mǎn)導(dǎo)熱液體13，第二裸光纖光柵12的光柵段去除涂敷層并用脫 脂棉球蘸酒精擦凈后剪除右端尾纖，并將第二裸光纖光柵12從左端穿入金屬管10并使 光纖右端與第四環(huán)氧樹(shù)脂11內(nèi)表面有一定距離，第二裸光纖光柵12的另一端在金屬管 10的管腔外形成第三尾纖5，調(diào)整實(shí)驗(yàn)臺(tái)座使第二裸光纖光柵12位于金屬管中心，利 用第三環(huán)氧樹(shù)脂9將金屬管10左端封閉，加熱使第三環(huán)氧樹(shù)脂9凝固；將第二不銹鋼 管6封裝的第一光纖光柵8和金屬管10封裝的第二光纖光柵12并排放置于第一不銹鋼 管2中心，在第一不銹鋼管2中灌入第一環(huán)氧樹(shù)脂3，加熱使第一環(huán)氧樹(shù)脂3凝固；將 第一尾纖1和第三尾纖5在第一不銹鋼管2的外部焊接連接。
第二不銹鋼管6和金屬管10的內(nèi)徑略大于第一裸光纖光柵8的直徑、璧厚盡量小， 第一不銹鋼管2的內(nèi)徑比第二不銹鋼管6和金屬管10的外徑之和略大，第一不銹鋼管 2的壁厚可以根據(jù)結(jié)構(gòu)測(cè)試的實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，第一不銹鋼管2也可換成帶凹槽的矩 形不銹鋼片。金屬管10的材質(zhì)可為鋁或其他金屬材料；第一不銹鋼管2的橫截面也可 做成圓型或者矩形。
第一不銹鋼管2作為傳感器的外部結(jié)構(gòu)，它主要起保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和將工程結(jié)構(gòu)的應(yīng) 變和溫度傳遞給內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用；第二不銹鋼管6封裝的第一裸光纖光柵8構(gòu)成應(yīng)變傳 感器14，金屬管10封裝的第二裸光纖光柵12構(gòu)成不受應(yīng)變影響的溫度傳感器15，它 們是傳感器的主體。當(dāng)結(jié)構(gòu)同時(shí)產(chǎn)生應(yīng)變和溫度變化時(shí)，第一不銹鋼管2通過(guò)第一環(huán)氧 樹(shù)脂3將應(yīng)變和溫度同時(shí)傳遞給第二不銹鋼管6和金屬管10。金屬管10內(nèi)部的第二裸 光纖光柵12與金屬管10內(nèi)壁分離，可以自由伸縮，不會(huì)由于金屬管10的應(yīng)變而產(chǎn)生工作波長(zhǎng)漂移，而溫度則會(huì)通過(guò)導(dǎo)熱液體13傳播至第二裸光纖光柵12而引起其工作波 長(zhǎng)的漂移，從而通過(guò)金屬管10封裝的第二裸光纖光柵12作為溫度傳感器14只能測(cè)得 結(jié)構(gòu)的溫度變化。第二不銹鋼管6內(nèi)部的第一裸光纖光柵8通過(guò)第二環(huán)氧樹(shù)脂7的傳遞 作用同時(shí)感受結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和溫度變化，引起第一裸光纖光柵8工作波長(zhǎng)漂移而作為應(yīng)變 傳感器15。利用溫度傳感器14的溫度測(cè)量值對(duì)應(yīng)變傳感器15的波長(zhǎng)漂移進(jìn)行補(bǔ)償， 從而得到結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。
權(quán)利要求
1、一種光纖光柵應(yīng)變、溫度同時(shí)測(cè)量傳感器，其特征在于該傳感器包括光纖光柵應(yīng)變傳感器(14)、光纖光柵溫度傳感器(15)、第一不銹鋼管(2)、第一環(huán)氧樹(shù)脂(3)；其中光纖光柵應(yīng)變傳感器(14)和光纖光柵溫度傳感器(15)布置在第一不銹鋼管(2)管腔中，所述第一環(huán)氧樹(shù)脂(3)填充在第一不銹鋼管(2)的管腔中；光纖光柵應(yīng)變傳感器(14)的第一尾纖(1)和第二尾纖(4)分別穿過(guò)第一不銹鋼管(2)的兩端；所述光纖光柵溫度傳感器(15)包括第二裸光纖光柵(12)、第三環(huán)氧樹(shù)脂(9)、第四環(huán)氧樹(shù)脂(11)、金屬管(10)、導(dǎo)熱液體(13)；其中金屬管(10)的兩端分別用第三環(huán)氧樹(shù)脂(9)、第四環(huán)氧樹(shù)脂(11)封閉，金屬管(10)的管腔中封閉有導(dǎo)熱液體(13)；第二裸光纖光柵(12)的一端穿過(guò)第三環(huán)氧樹(shù)脂(9)伸入金屬管(10)內(nèi)的導(dǎo)熱液體(13)處于管腔中，與第四環(huán)氧樹(shù)脂(11)內(nèi)表面不接觸，第二裸光纖光柵(12)另一端處于金屬管(10)的管腔外形成第三尾纖(5)，第三尾纖(5)穿過(guò)第一不銹鋼管(2)的一端與穿過(guò)第一不銹鋼管(2)同一端的第一尾纖(1)焊接連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵應(yīng)變、溫度同時(shí)測(cè)量傳感器，其特征在于所 述光纖光柵應(yīng)變傳感器(14)由第一裸光纖光柵(8)、第二環(huán)氧樹(shù)脂(7)、第二不銹鋼 管(6)組成；第一裸光纖光柵(8)布置在第二不銹鋼管(6)中，所述第二環(huán)氧樹(shù)脂(7)填充在第二不銹鋼管(6)中，第一裸光纖光柵(8)的一端從第二不銹鋼管(6) 的一端穿出并在管腔外形成第一尾纖(1)，第一裸光纖光柵(8)的另一端從第二不銹 鋼管(6)的另一端穿出并在管腔外形成第二尾纖(4)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵應(yīng)變、溫度同時(shí)測(cè)量傳感器，其特征在于第 一不銹鋼管(2)是帶凹槽的矩形不銹鋼片。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵應(yīng)變、溫度同時(shí)測(cè)量傳感器，其特征在于所 述金屬管(10)的材質(zhì)為鋁。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵應(yīng)變、溫度同時(shí)測(cè)量傳感器，其特征在于第一不銹鋼管(2)的橫截面是圓型或者矩形。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光纖光柵應(yīng)變、溫度同時(shí)測(cè)量傳感器，它是利用第二不銹鋼管封裝裸光纖光柵形成光纖光柵應(yīng)變傳感器，利用金屬管封裝裸光纖光柵形成不受應(yīng)變影響的光纖光柵溫度傳感器，并采用環(huán)氧樹(shù)脂將光纖光柵應(yīng)變傳感器和溫度傳感器并排封裝在第一不銹鋼管中。當(dāng)傳感器安裝于工程結(jié)構(gòu)上時(shí)，在結(jié)構(gòu)發(fā)生應(yīng)變和溫度變化時(shí)，第一不銹鋼管產(chǎn)生變形并通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂將結(jié)構(gòu)的溫度和應(yīng)變傳遞給內(nèi)部的光纖光柵應(yīng)變傳感器和不受應(yīng)變影響的光纖光柵溫度傳感器，利用溫度傳感器對(duì)應(yīng)變傳感器的測(cè)量值進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)變和溫度的同時(shí)測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B11/16GK101539403SQ20091002640
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者丁幼亮, 周廣東, 李?lèi)?ài)群 申請(qǐng)人:東南大學(xué)