[发明专利]评估地震破坏的有效应变计

说明书

1.发明领域

本发明一般涉及光波导传感器，尤其涉及能监视超过2000με应变的温度不敏感的光波导传感器。

2.相关技术的描述

在一些国家的有些地区，必须在正常负符条件和发生地震、洪水等灾害后评估重要基础设施环境(即道路、桥梁与建筑物)的状况，比如州交通部与建筑公司可运用这类信息将修理费用减至最少，减少管道破裂，避免或探知灾害性事故。这类数据还可用来向应急队员告知结构内的危险状态，提供危险结构故障警告，并且或者给出供结构修理使用的详尽损坏信息。自动化诊断监视系统可通过实时处理该信息，监视结构的完整性并评估损伤情况，极少人工干预。

电气应变计包括电阻型应变计及其诸如压电、半导体与电容型应变计等同类产品，它们都是相当小巧的高度精密的应变测量装置，但缺点是动态范围很小，有一定滞后。传统的电阻应变传感器的应变系数小于4。潮气与温度等环境条件明显影响了电阻应变计的性能，因而这类应变要经常校正。如果原始电阻因环境效应而发生明显变化，应变计就显现不出其申明的校正系数，将会引入测量误差。对于传统的应变测量方法，若观察时间保持很短，则可减轻温度变化造成的应变计稳定性问题，否则除了应变以外，还要把该响应看作是温度(因而也是时间)的函数。与传统的电阻应变计相比，光学方法因其应变系数大而显得有经济效果，而且还与光纤通信系统相容，能以可靠的方法从远地访问。

基于光纤的传感器已应用于许多场合，包括位移(位置)、温度、压力，声音与应变。应用中，通常可把光学传感器的数据采集分成基本的两大类：相位调制与光强调制。光强调制传感器一般与位移或其它一些同该传感器互作用的物理扰动有关联。扰动造成接收光强的变化，而光强与监视的参数相关。相位调制传感器将光在检测路径上的相位与基准相位作比较，相位差能以极高的灵敏度测得，但信号处理往往要求复杂的电子线路。而且，相位调制传感器一直用于测量温度，因此当应用于应变场合时，要求作温度校正。这类光学传感器的应用包括在现场监视薄膜淀积厚度。相位调制传感器通常比光强调制传感器更精密，但往往更昂贵，而且对温度等环境效应极为敏感。

本发明的光波导传感器克服了上述现有技术应变计的种种缺点。

发明内容

广义地讲，本发明包括一种光波导传感器，其机壳具有内外表面。机壳外表面施加至少两层，第1层包含低折射率材料，第二层包含高反射性材料。第一与第二光纤与机壳连通，一条已知光强的光束经机壳通过第一光纤而被第二光纤接收。该光束根据其通过机壳所经历的“反跳”或反射次数(由机壳的构造决定)而衰减，机壳构造则与其经历的弯曲应变直接相关。检测光束光强度变化的装置与第二光纤连通，后者的监视能力高达至少2000με。

在本发明一较佳实施例中，光波导传感器包括一根柔性的空心玻璃管，在其外侧淀积了一聚酰亚胺吸收层，再淀积一层铝等高反光层。被监视的参数是光束通过传感器管后出射光的光强。该光束根据其经历的“反跳”或反射次数(也是空心管传感器曲率半径的函数)而衰弱。管的曲率半径与管经历的弯曲应变直接相关，通过监视出射光束的光强，可以推算施加的应变。本发明的稳定性、坚固性与简便性有利于其应用于遥感场合。由于光纤技术能用来发送和接收光信号，所以能监视瞬时应变，并经传输链路立即将它中继或存贮下来供以后检索。

在本发明的另一较佳实施例中，本发明的光波导对超过2000με的应变具有约500的应变系数。机壳包括一空心玻璃波导，尺寸约0.5mm(内径)×0.8mm(外径)×100mm(长)。

该光波导传感器的机壳形状与普通电信设备相容，因而有利于将机壳配入智能系统阵列，在大楼、道路与桥梁等结构内作损伤评估。光纤把激发光信号送入机壳并从机壳里引出响应信号。在一较佳实施例中，机壳是一根小直径的玻璃管，它作为多个薄膜层的基片，薄膜层可优化成对预定的应变漂移提供最大动态范围。本发明包括涂有薄膜层玻璃管的光波导传感器，通过衰减激发信号的光强对弯曲应变作出响应，且很少或无滞后。

本发明的光波导传感器具有约500的大应变系数，对温度不敏感，即传感器在正常室外温度范围内(-20～50℃)对温度变化不作响应，造价低，不受电磁场影响，在化学上对潮气与酸雨等环境状况无反应，因而能将传感器埋在混凝土结构里而不用担心与混凝土起化学反应，并且易同光纤通信设备接口，即光纤与检测区之间的连接可以气密密封在光纤与毛细管之间。

附图简介

图1是本发明光波导传感器一实施例示意图。

图2是用于测试光波导传感器一实施例的结构示意图。