[发明专利]光学应变计

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的光学应变计，以及一 种根据权利要求11前序部分所述的用于制造该光学应变计的方法。

背景技术

光学应变计以各种形式为人所知并且主要由薄膜状的载体层组成或者 注塑在这样的载体层中。这些载体层包括底层，光波导固定在该底层上， 该光波导包含具有光纤布拉格光栅的区段。馈送到光波导中的、具有一定 波长的相干光束通过这样的光纤布拉格光栅反射并且能够作为反射峰被检 测到。如果这样的光学应变计被应用在变形体上，则反射峰的波长由于应 变而与该应变成比例地变化。因此，这样的光学应变计可以与具有电阻栅 的电学应变计类似地被应用并且能够用于检测不同的物理量。

在实践中发现，这样的反射峰由于正交于光纤方向的机械应力或者由 于横向指向的应变场而具有多个反射峰值或者一个在宽度上显著增大的峰 值，该峰值在常见的分析计算装置中不能精确地用一个单一的波长进行解 算。

这样的用于测量机械应力的光学应变计在EP1129327B1中公开。在 此涉及一种光学应变计，该光学应变计构造为光纤瓣状体。该光学应变计 在此由构造为刚性平板的载体材料制成，在该载体材料上粘贴有一个光波 导，该光波导具有三个各具有一个光纤布拉格光栅的区段，该光波导通过 一个另外的粘贴的平板覆盖。在一种另外的实施形式中，所述光波导包封 在由固化的环氧树脂制成的硬的载体材料中。为了测量应变，光学应变计 以其片状的或者由环氧树脂层组成的底层粘贴到变形体或者应变体上，该 变形体或者应变体的应变需要检测。为了进行粘贴，光学应变计必须以其 底层牢固地压合到变形体或者应变体上，由此已经在刚性的环氧树脂层或 者板中引入强烈的横向力。由于与光纤布拉格光栅刚性地连接，所以会在 光纤布拉格光栅中留下持久的残余应力，所述残余应力通常导致反射峰的 强烈加宽。但是，这样的光学应变计也能够以其包封在环氧树脂中的光纤 布拉格光栅或者粘接在两块硬的板之间的光纤布拉格光栅牢固地插入到碳 素纤维强化的复合材料或者水泥材料中来获取应变，由此也会在固化过程 中在光纤布拉格光栅中局部地引入持久的横向力。这通常在光纤布拉格光 栅中引起干扰，所述干扰导致具有一个或多个峰值的反射峰强烈地加宽， 从而很难以足够的精度来检测这些反射峰的反射波长。

但是，DE19648403C1公开了一种用于检测测量的、具有集成的光纤 布拉格光栅的光学传感器，在该传感器的光纤布拉格光栅中不会引入能够 使反射峰加宽的横向力。这种传感器指的是一种力传感器，通过该力传感 器不仅可检测拉伸力而且可检测压缩力。因此，光波导以其光纤布拉格光 栅设置在两个间隔开的夹紧元件之间，这些夹紧元件通过一个压力弹簧和 一个应变体相对于彼此在拉伸方向预张紧。在此，光波导以其光纤布拉格 光栅区段设置在管状的应变体中并且仅仅力锁合地固定在夹紧元件上。在 光纤布拉格光栅的区域中，在应变体和具有光纤布拉格光栅的光波导区段 之间的中空室中显然设置有软的填充材料。为了力的测量，力在这两个夹 紧元件中变成拉伸力和压缩力，由此能够使具有光纤布拉格光栅的光波导 膨胀和压缩，进而与引入的力成比例地在两个方向上改变光波导的反射波 长。由于光纤布拉格光栅区段的安装受到保护，反射峰保持得相对窄，从 而能够精确地检测到波长的变化。但是，这样的管状传感元件具有为此设 置的用于引入力的矩形夹紧元件，其在体积上非常大并且在制造上非常费 劲。此外，这样的传感元件也很难固定在待检测的可膨胀的表面上。此外， 由于预应力而已经在拉伸方向上失去了一部分应变测量范围，因而不再能 够检测较大的应变作用。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种光学应变计，该光学应变计具有紧凑 的扁平的结构并且通过该光学应变计能够无预应力地且精确地检测待获取 的应变。

该目的通过在权利要求1和11中给出的发明解决。本发明的改进方案 和有利的实施例在从属权利要求中给出。

本发明具有以下优点：通过两个在光纤布拉格光栅区段以外的扁平的 固定元件在该光纤布拉格光栅中均匀地引入纵向上的张力。在此，通过这 些力锁合的固定元件排除了在布拉格光栅区段中引入其他的力，从而反射 波长产生单一的反射峰，该反射峰使得对反射波长的精确检测成为可能， 由此也使得精确的应变检测成为可能。