[发明专利]一种光纤光栅增减敏应变传感器的封装方法

说明书

技术领域

本发明属于传感技术领域，涉及到一种光纤光栅增减敏应变传感器的封装方法。

背景技术

光纤光栅是近几年发展最为迅速的新一代光无源器件，在光纤通信和光纤传感等相关领域发挥着愈来愈重要的作用。以光纤光栅为传感元件研制的应变传感器，具有如灵敏度高、体积小、耐腐蚀、抗电磁辐射等优点；克服了传统电类传感器易受电磁辐射干扰，精度低、长期稳定性差以及信号传输距离短的缺点；能够满足在土木工程、航天、石油工业等恶劣工作环境中的测量需要。多个光纤光栅还可以组成准分布式传感系统，采用一根光缆，可实现准分布式测量。

目前，光纤光栅应变传感器封装方式主要有基片式、嵌入式和管式封装等。这些封装方式具有结构简单、易于安装等优点。但容易产生应变传递损耗，使得测量精度有所降低；而且由于胶粘剂直接接触光纤光栅区域，容易产生反射波长多峰值的现象。

对于光纤光栅应变传感器的增减敏问题，特别是光纤光栅的应变增敏技术，国内外已有较多的研究，而且取得了较大进展。但是目前已有的增敏技术结构较为复杂，增减敏方式单一，实际增敏系数与理论值相差比较大，难以实现工程应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种光纤光栅增减敏应变传感器的封装方法。该方法不仅有效的保护了裸光纤光栅，而且可以改变光纤光栅的应变灵敏度，其增减敏系数可以根据封装材料的尺寸制定，满足实际工程的测量需求。增敏型应变传感器提高了光纤光栅的应变灵敏度，可以应用于应变量程小、测量精度要求高的应变测试中；而减敏型应变传感器相对降低了光纤光栅的应变灵敏度，适合于应变量程大、测量精度相对低的测量需求。基于这种封装方法的光纤光栅应变传感器，为大型工程结构的表面及内部应变测量提供了大应变量程和高测量精度的监测手段。

本发明所采用的技术方案是这样实现的：

传感器由光纤光栅、两个封装部件、两个夹持部件以及两个固定支点组成。其中封装部件与夹持部件均为钢管。采用胶接的方法将光纤光栅两端固定于两个封装部件内，由于胶粘剂没有直接封装光纤光栅区域，消除了胶粘剂对光纤光栅应变传递的影响；然后将两个封装部件分别置于两个夹持部件内，并使用胶粘剂粘接封装部件和夹持部件；最后使用铆固、焊接或胶接的方式将夹持部件与固定支点连接。

封装部件材料为钢管；设两个固定支点的距离为L，两个封装部件之间的光纤的长度为L_f，两个封装部件的长度为L_s。假设两固定支点间发生ΔL的轴向变形，相应封装部件和光纤光栅的变形分别为ΔL_s和ΔL_f。忽略钢管内胶层和光纤之间的应变损耗影响，由材料力学基本原理可得

${\mathrm{\ΔL}}_s=\frac{P_s{L}_s}{E_s{A}_s}---\left(1\right)$