[发明专利]一种光纤应变传感结构体

说明书

技术领域：

本发明涉及土木工程领域和光纤传感技术领域，特别涉及一种基于圆环链状的光纤应变传感结构体。

背景技术：

由于光纤光栅具有抗电磁干扰、抗腐蚀、抗雷击、波长直接绝对编码、不受光功率波动影响、长期可靠性和稳定性好、具有波分复用能力以及能在易燃易爆环境中应用等诸多优点，所以光纤光栅应变传感技术的应用研究受到了科研工作者和工程技术人员的极大关注，并已经成功研制出了多种光纤光栅应变传感器。

然而，遗憾的是有些光纤光栅应变传感器的应用场合受到很大的局限，例如：有的可以应用在钢结构或者混凝土表面进行应变测量，却不能埋入到混凝土内部进行应变测量；而有的可以在混凝土内部进行应变测量，却因弹性体刚度较大而不能应用在刚度较小的结构体(例如：沥青)内部进行应变测量。

发明内容：

本发明针对现有技术的不足，提供一种新颖的、基于圆环链状弹性梁结构的、刚度可调节的光纤应变传感结构体，来解决现有技术中光纤光栅应变传感器应用场合不够广泛的技术问题。

本发明所述的这种光纤应变传感结构体，由一个光纤固定杆-A、一个弹性梁、一个光纤光栅和一个光纤固定杆-B构成。其中，所述的弹性梁是利用现有机械加工技术加工而成的一种圆环链状弹性结构体，由数目大于等于1的圆环状结构依次连接一起，包括装配螺纹杆-A、圆环链状结构体、中心孔、装配螺纹杆-B四部分组成。所述的光纤固定杆-A和所述的光纤固定杆-B与所述的弹性梁可以通过螺纹进行机械连接，也可以通过电焊接、氩弧焊接、激光焊接等现有技术焊接在一起；所述的光纤光栅两端的尾纤分别固定在所述的光纤固定杆-A和所述的光纤固定杆-B上，所述的光纤光栅固定时处于张紧状态，其预拉伸量可以根据需要调整。

本发明的工作原理是待测应变发生变化时，即所述的装配螺纹杆-A和所述的装配螺纹杆-B之间发生相对微位移时，使所述的光纤光栅受到拉伸或者压缩，从而引起所述的光纤光栅的中心反射波长的移动，通过探测所述的光纤光栅中心反射波长的移动量，即可计算得到待测应变的变化信息。

本发明所述的这种光纤应变传感结构体制作的基本操作步骤如下：1)将所述的光纤固定杆-A和所述的光纤固定杆-B分别通过螺纹固定在所述的弹性梁两端的所述的装配螺纹杆-A和所述的装配螺纹杆-B上；2)将所述的光纤光栅一端的尾纤穿过所述的弹性梁的中心孔，并将所述的光纤光栅放置在所述的弹性梁的中间位置；3)将所述的光纤光栅一端的尾纤通过胶粘、激光焊接、玻璃粉封接等现有技术固定在所述的光纤固定杆-A上；4)对所述的光纤光栅进行预拉伸后，将所述的光纤光栅另一端的尾纤利用现有技术固定在所述的光纤固定杆-B上。

作为对本发明的改进，所述的弹性梁的材质可以是不锈钢、或者碳钢、或者弹性合金、或者铜的一种。

作为对本发明的改进，所述的圆环链状结构体的圆环数目可以是1个、或者2个、或者多个(一般小于10个)，通过改变圆环结构数目，可以调整所述的弹性梁的刚度。

作为对本发明的改进，通过改变所述的圆环链状结构体的圆环尺寸参数(例如：厚度)，可以调整所述的弹性梁的刚度。

作为对本发明的改进，所述的圆环链状结构体的圆环形状可以由方框替代。

作为对本发明的改进，所述的光纤光栅可以由光纤F-P腔、或者钢弦替代。

作为对本发明的改进，所述的这种光纤光栅应变结构体通过加装安装杆或者导向环，分别可以组装成表面安装式光纤光栅应变传感器或者埋入式光纤光栅应变传感器。

本发明和已有技术相对比，其效果是积极和明显的。本发明提供了一种新颖的、基于圆环链状弹性梁结构的光纤应变传感结构体，通过调整链环结构中圆环的数目、或者尺寸参数可以对弹性梁的刚度进行调节，这样使其在应变测量过程中具有如下优势：

1.在钢结构或者混凝土表面安装方式中，通过将所述的弹性梁的刚度减小，使应变传感器所要求的测量力相应的减小，进而可以大大降低对传感器安装底座的要求，大大简化了传感器的安装方式；

2.在混凝土直埋安装方式中，可以通过调整所述的弹性梁的刚度，使之与混凝土刚度匹配，既不会因刚度太小，在混凝土浇筑过程中损坏，也不会因刚度太大，影响混凝土应变测量精度。

附图说明：

图1为本发明的一种光纤应变传感结构体结构示意图

图中，1-光纤固定杆-A；2-弹性梁；3-光纤光栅；4-光纤固定杆-B；

图2为本发明的一种圆环链状弹性梁结构示意图