[发明专利]基于FBG的柔性绳索载荷和温度同时测量传感器

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，尤其是涉及一种基于FBG（光纤光栅，Fiber Bragg Grating）的柔性绳索载荷和温度同时测量传感器。

背景技术

现有技术中，工业使用的柔性绳索因具有柔软易弯曲变形、绳直径小、表面不平整、通常使用环境隐蔽等特点，致使绳中载荷测量困难。

目前，测量柔性绳索的载荷的方法通常是使用电磁式的张力测试仪，专利（专利号：CN2607564Y）的实用新型专利“一种钢丝绳张力测量仪”以及专利（专利号：CN2648426Y）的实用新型专利“索拉力测量仪”，提供了相关的测量方法。但是这种方法难以实现实时跟踪监测柔性绳索动态载荷变化，而且装置尺寸较大，测量范围小，灵敏度低，易受电磁信号干扰，长期稳定性差，寿命低，无法实现载荷和温度同时测量，所以需要开发一种能够克服上述缺点的实时监测柔性绳索载荷和温度的光纤光栅传感器。

FBG是在光纤中引入周期性的折射率调制而形成的光波导器件，通过检测写入光纤内部的光栅反射或透射布拉格波长光谱，实现被测结构的应力和温度等参量的绝对测量。它具有灵敏度高，精度高，重量轻，体积小，耐腐蚀，成本低，光路可弯曲，不受电磁干扰，便于实现远距离、长期监测等优点，而且多个光纤光栅可以采用一根光缆传输，便于组成传感系统，可实现准分布式测量。因为其具有上述优于传统光测、电测法的特点，自问世以来就得到了广泛的应用。但是，由于裸光纤直径很小，抗剪能力差，而且柔性绳索在受载拉伸过程中轴向应变复杂，难以通过直接粘贴裸光纤测量，因此将裸光纤封装成为能够实时监测柔性绳索载荷和温度的传感器具有重要意义。

综上所述，如何研制一种传感器能够实现基于FBG的柔性绳索载荷和温度同时测量，便成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于FBG的柔性绳索载荷和温度同时测量的传感器，以解决如何实现基于FBG的柔性绳索载荷和温度同时测量问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于FBG的柔性绳索载荷和温度同时测量传感器，其特征在于，包括：

支撑单元、承载单元和传感单元，其中，

所述支撑单元包括：基底和翼缘；

所述承载单元包括：等强度悬臂梁和支撑柱；

所述传感单元包括：光纤光栅和分离套管；

所述基底呈工字型，基底的两侧分别设置有所述翼缘；所述基底内框一端连接一等强度悬臂梁；

所述等强度悬臂梁远离根部的位置突起为支撑柱；所述等强度悬臂梁的上下表面中心靠近根部均轴向布置有凹槽；上下的两个所述凹槽内部对称粘贴有温度和载荷同时测量的传感单元；

所述支撑柱垂直于所述基底平面且位于该基底轴向的中心部位，该支撑柱顶端设置有通孔，所述基底的内框两端对称布置有通孔；

所述光纤光栅采用单光栅分离粘贴技术粘贴固定在等强度悬臂梁凹槽内。

进一步地，其中，所述支撑柱分别距两个所述通孔距离相等。

进一步地，其中，所述基底、翼缘、等强度悬臂梁和支撑柱由一整体型材切割而成。

进一步地，其中，所述等强度悬臂梁呈等腰梯形。

进一步地，其中，其特征在于，所述单光栅分离粘贴技术，进一步为：所述光纤光栅的栅区的一部分与内径略大于所述光纤光栅直径的分离套管套接，所述光纤光栅与分离套管套接部分为测温单元，未套接部分为测载荷单元，所述光纤光栅和连同分离套管套接后通过粘胶完全粘贴固定在等强度悬臂梁凹槽内，然后通过环氧胶对光纤光栅和分离套管进行灌封涂覆。

进一步地，其中，所述分离套管是厚度小于100μm的薄膜管，其材质采用PBT、PP、PC、PET或PVC。

进一步地，其中，所述基底和支撑柱上的通孔的直径均略大于所述所测柔性绳索直径。

综上所述，与现有技术相比，本发明所述的基于FBG的柔性绳索载荷和温度同时测量的传感器，具有以下优点及突出性效果：

1、所述传感器基底整体呈工字型结构，中部为腹板，两侧翼缘。基底内框一端伸出(切割出)一等强度悬臂梁，等强度悬臂梁远离根部的位置突起为支撑柱，垂直于基底平面且位于基底轴向的中心部位。支撑柱顶端钻孔，工字型基底两端对称钻孔。等强度悬臂梁上下表面中心靠近根部均轴向刻有凹槽。基底、等强度悬臂梁和支撑柱均为一体结构。

2、本发明由于基于光纤光栅，采用简便的单光栅分离粘贴技术固定在等强度悬臂梁凹槽内，可实现柔性绳索载荷和温度的同时测量。