[发明专利]埋入式双层封装光纤光栅传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及各种大型钢筋混凝土结构的温度与应力、应变和变形的监测技术，特别涉及用于监测大中型混凝土桥梁内部应变的埋入式双层封装光纤光栅传感器及其制作方法。 

背景技术

土木工程结构的施工及使用安全问题的解决依赖于预先埋设各种类型的传感器材。土木工程结构对传感器的主要要求是：在外载的作用下，通过测量与结构有关的各种参数，从强度、刚度、抗裂性及结构实际破坏形态来判明结构的实际工作性能，估计结构的承载能力，确定结构本身与其使用要求的符合程度。 

与传统的电子和机械传感器相比较，以光纤布拉格光栅为核心的传感器具有灵敏度高、动态范围宽、不受电磁干扰、可靠性高、体积小以及可埋入智能材料等优点。适用于强电磁干扰，辐射、腐蚀环境，方便实现对桥梁，水坝，飞行器，舰船，油井等的实时监测，因此光纤布拉格传感技术的应用越来越广泛。 

光纤传感器既是传感器又是传输媒介，将所有传感系统的硬件集成到一根光纤上，采用灵活多样的调制传感技术，测量信号的种类多样。同时光纤传感器的损耗极低，适合于长距离传输和监控，这在一些大型的土木工程结构中尤其重要。目前最有发展和应用前景的有两类光纤传感器：一类为抗恶劣环境的光线传感器。如需埋入混凝土内部或在高电压环境下等，此时传统传感器无法胜任。另一类为准分布或者分布式光纤传感器，它不仅能测量传感器处的变形或应力等物理量，而且同时可以得知位置，这样一根光纤通路就可以测出结构参数大至的分布状态，进行实时监测。 

光纤光栅传感器在土木工程中的应用领域：1）混凝土的养护中的温度与应力的监测；2）混凝土机构裂缝的自监测和自诊断；3）混凝土结构应力、应变和变形的自监测；4）混凝土结构配合的钢筋（索）应力和变形的自监测。在以上的应用范围中结构物的结构参数测量监测是光纤传感器应用比较广泛的领域。主要利用光纤光栅自身测量信号特点，使用波分复用技术在一根光纤中串接多个布喇格光栅进行分布式行高分辨率和大范围测量，得到更加细致的结构参数，预测结构的局部载荷的状态。 

要实现光纤光栅传感器的工程化和实用化，传感器的稳定性和实用性是必须要关注的。光栅是刻写在极细的光纤上，极其脆弱，在土木工程施工中，传感器要经受各种外力作用，若保护不够良好，光纤光栅传感器非常容易受到损伤。因此使用的光纤光栅时应对其进行良好的封装，封装的结构和样式易于现场的安装。本发明的光纤光栅传感器目前已经在多座大中跨径的混凝土箱梁桥上用于应力应变监测，取得了良好效果。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供埋入式双层封装光纤光栅传感器及其制作方法，既能保证光纤光栅传感器在实际混凝土构件中稳定工作，又降低封装成本。通过本发明的封装设计，可有效避免横向应变的影响，具体技术方案如下。 

埋入式双层封装光纤光栅传感器，包括尾纤、金属波纹管、热缩管护套、光纤光栅、光栅支撑架、外层封装钢管、第一支撑套、第二支撑套和堵头，所述尾纤穿过金属波纹管，金属波纹管的一端套有用于烧融后加强尾纤与外层封装钢管的连接强度的所述热缩管护套，穿出热缩管护套的尾纤的一端与所述光纤光栅的裸纤熔接，光纤光栅的裸纤还紧密地粘贴在光栅支撑架上，所述第一支撑套、第二支撑套套在粘贴有所述光纤光栅的光栅支撑架，光栅支撑架从外层封装钢管的一端插入外层封装钢管中，光栅支撑架与外层封装钢管两端通过粘胶剂固定，外层封装钢管的另一端设有所述堵头。 

作为上述埋入式双层封装光纤光栅传感器的优化技术方案，所述热缩管护套烧融后位于外层封装钢管的一端。 

作为上述埋入式双层封装光纤光栅传感器的优化技术方案，光纤光栅的裸纤通过环氧树脂紧密地粘贴在光栅支撑架上。 

作为上述埋入式双层封装光纤光栅传感器的优化技术方案，光栅支撑架与外层封装钢管两端通过注入环氧树脂固定。 

作为上述埋入式双层封装光纤光栅传感器的优化技术方案，光栅支撑架为一根高强度钢丝。 

作为上述埋入式双层封装光纤光栅传感器的优化技术方案，光纤光栅的光栅段与外层封装钢之间有间隙。 

本发明的一种埋入式双层封装光纤光栅传感器的制作方法，包括如下步骤： 

1）  尾纤穿过金属波纹管，金属波纹管一端套上热缩管护套；

2）  截取一段光纤光栅；

3）  将尾纤与光纤光栅的裸纤熔接到一起；

4）  将光纤光栅的裸纤用环氧树脂粘结到光栅支撑架上；

5）  烧融热缩管护套使热缩管护套位于外层封装钢管的端部，加强尾纤与外层封装钢管的连接强度；