[发明专利]一种双层弓形微应变敏感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种双层弓形微应变敏感器。

背景技术

在利用长周期光纤光栅LPFG来进行高温压力管道检测技时，遇到管道表 面应变量较小，测量精度和可靠性不高的问题。为此必须设计一个专门的光 纤光栅敏感结构，该敏感结构保证LPFG对高温管道外壁能进行可靠检测。

高温管道应变测量常用结构是高温电阻应变片，一体式光纤光栅传感器， 以及分体式光栅应变片等等。

市场上有高温电阻应变片销售，种类也比较多，以GHP-550该型号应变 片为例，其是由直径0.02mm的特殊金属丝等材料制成，随着温度的上升， 金属丝的电阻值会上升(或下降)。每个高温应变片都有不同的热输出值， 测试前必须经过实验室标定，而被测管道的应变也是通过应变片的电阻应变 仪显示出来，因此，必须先将两者的变化值区分出来，以求得精确的机械应 变值。然后进行高温应变测量的数据修正：导线电阻修正，热输出修正，灵 敏系数修正等。再利用弹性理论的公式由记录的应变值计算出不同参数时的 应力水平。但该方法存在测试操作过程复杂、需循环多次测量比较、理论公 式计算繁琐等缺点。

一体式光纤光栅传感器在安装时多采用直接粘贴于被测表面的方法，也 有将光纤光栅事先封装于弹性金属基底后再粘贴于被测表面或直接埋入被测 结构的方法。这些光纤光栅结构采用一体化设计方法，即传感用的敏感光栅 与信号传输用的传导光纤利用同一根光纤制作。可见一体式光栅只是直接利 用敏感光栅，测量精度和可靠性主要取决于敏感光栅的应变敏感特性。

分体式光纤光栅应变片，测量用的敏感光栅和信号传输用的传导光纤分 别封装在敏感体和连接中，两者相互独立，使用时则通过机械插接方式构成 一个整体。分体式应变片同样只是直接利用敏感光栅，测量精度和可靠性主 要取决于敏感光栅的应变敏感特性。

因此设计一个更有效的高温压力管道应变敏感结构具有很大的实用意 义。国内一些大学、科研院所及公司对高温压力管道应变敏感测量技术也进 行过较长时间的研究，但尚未见到采用双层弓形弹性敏感金属片结构的报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种双层弓形微应变敏感器。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

一种双层弓形微应变敏感器包括上金属片、下金属片，前固定块、后固 定块、长周期光纤光栅和光纤。

上金属片和下金属片均为弓形片状，上金属片的长度大于下金属片的长 度，上金属片的一端、下金属片的一端连接并固定设置在前固定块上，上金 属片的另一端与下金属片的另一端连接并固定设置在后固定块上，上金属片 与下金属片之间形成月牙形空隙。长周期光纤光栅的一端固定设置在上金属 片的居中位置，长周期光纤光栅的另一端固定设置在下金属片的居中位置。 长周期光纤光栅位于月牙形空间内。长周期光纤光栅的两端分别与光纤连接。

本发明相对于现有技术具有以下优点：

本发明采用弓形弹性敏感金属片作为应变敏感材料，因此管道产生的微 应变直接体现在金属片相应的物理变形上；

本发明采用双层金属片结构，巧妙地利用同一管道的微应变产生的相对 变形来拉伸或压缩光纤光栅；

本发明利用光纤光栅应变传感技术，来传输两金属片的相对形变。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述：

如图1所示，一种双层弓形微应变敏感器包括上金属片3、下金属片4， 前固定块7、后固定块5、长周期光纤光栅8和光纤2。上金属片和下金属片 为弹性敏感金属片，能感应微小的形变。

上金属片3和下金属片4均为弓形片状，上金属片3的长度大于下金属 片4的长度，保证上金属片3与下金属片4之间形成一定空隙。上金属片3 的一端、下金属片4的一端连接并固定设置在前固定块7上，上金属片3的 另一端与下金属片4的另一端连接并固定设置在后固定块5上，上金属片3 与下金属片4之间形成月牙形空隙。长周期光纤光栅8的一端固定设置在上 金属片3的居中位置，长周期光纤光栅8的另一端固定设置在下金属片4的 居中位置。长周期光纤光栅8位于月牙形空间内。长周期光纤光栅8的两端 分别与光纤2连接。

本发明的具体工作过程为：在使用过程中，长周期光纤光栅8的一端通 过光纤2连接到光源1，另一端通过光纤2连接到探测器6上，然后将前固定 块7和后固定块5分别焊接到被测的管道上，当被测管道产生变形时，上金 属片3和下金属片4产生相应的变形，从而使得长周期光纤光栅8产生相应 的变形，最终导致输出的光信号发生变化。因此，通过探测输出的光信号， 就可以推导出被测管道所产生的微应变的大小。