[发明专利]点焊式光纤光栅应变传感器及其安装方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器领域。

背景技术

随着人类社会的不断进步，日常生活对电的依赖越来越强，输电的通畅是人们正常生活的保证。输电线路由于自然和人为原因受到损坏对人们的日常生活造成了巨大影响。

由于气象条件的变化，外界环境中输电线路的外荷载也随之变化，起主要破坏作用的外荷载之一是大风。安装在野外的输电线铁塔，在舞动条件下的平衡状态是一个动态变化的过程。这些将直接对高压输电线路杆塔的基础、杆塔、档距产生影响，并进一步引起高压输电线路其它元素的变形，甚至倒塔。由于这是一个缓慢的过程，通过对杆塔主材应力变化的监测可以在杆塔破坏前发出预警，以供电力部门采取相应的措施。这样就可以避免破坏发生或减小破坏所带来的损失。

输电线路在承受外载荷时应力变化主要反映在连接金具上，而杆塔倾斜时应力变化主要发生塔身主材上，所以应在连接金具和塔身主材上监测应力变化。

对铁塔舞动条件下的监测，传统上主要采用电阻应变片。电阻应变片，以价格便宜、技术成熟、反映速度快等特点，在实验测试中得到了广泛的应用。存在的问题是，电阻应变片易受电磁干扰，寿命短，很难适用于长期的监测。

电阻应变片有多种形式，常用的有丝式和箔式。它是由直径为0.02～0.05mm的康铜丝或者镍铬丝绕成栅状（或用很薄的金属箔腐蚀成栅状）夹在两层绝缘薄片（基底）中制成，用镀锡铜线与应变片丝栅连接作为应变片引线，用来连接测量导线。

电阻应变片的测量原理为：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。

dR/R=Ks*ε

其中，Ks为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显著与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。

由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dR/R成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。

电阻应变片，以价格便宜、技术成熟、反映速度快等特点，在实验测试中得到了广泛的应用。存在的问题是，电阻应变片受潮会降低绝缘电阻和粘结强度，严重时会使敏感栅锈蚀；酸碱及油类侵入甚至会改变基底和粘接剂的物理性能。易受电磁干扰，寿命短，很难适用于长期的监测。

光纤传感器自20世纪70年代问世以来，受到了广泛关注，特别是近几年，光纤传感器的工程应用研究发展迅速。其中，光纤光栅传感器是用光纤布拉格光栅作为敏感元件的功能型光纤传感器，可以直接传感温度和应变，而应变是表征工程结构安全的重要指标，光纤型应变传感器以其应变灵敏度高（1个微应变），响应速度快，抗电磁干扰，体积小（125um），耐腐蚀（主要成分为二氧化硅），易于安装，使用寿命长等特点，在工程结构的安全监测中得到了广泛的应用，而且对工程结构的应变进行长期，实时，动态的检测有着非常重要的意义。

现有点焊式光纤光栅应变传感器，普遍存在两个问题：一是由于光纤光栅基体厚薄差距较大，焊接存在较大难度并且焊接距离很短；二是使用普通环氧树脂胶时存在较大蠕变，降低了长期测量的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种点焊式光纤光栅应变传感器及其安装方法，提高负应变测量精度，消除蠕变。

本发明的技术方案是： 

点焊式光纤光栅应变传感器，包括光纤光栅应变传感器、基体，基体为高弹性合金材料，基体包括基板和一体连接在基体左右两端的两个调节块，两个调节块按左右位置分别为左调节块、右调节块，在两个调节块之间的基体中间部位设有基体槽，光纤光栅应变传感器外侧设有封装层，封装层的材质为低熔点玻璃粉，封装层的下半部分与基体槽连接；在右调节块上横向设有调节孔，调节孔内穿设有调节螺钉，调节螺钉的左端顶靠在左调节块的右侧面上；基板的周边设有密封用的胶层。

调节螺钉可以为内六角螺钉。

所述基板为哑铃型。

采用所述的点焊式光纤光栅应变传感器的安装方法，安装步骤为：

第一步，将基板的左端底部焊接在待检测的连接金具或塔身主材的合适位置上，焊接时采用电容储能式焊接机，

第二步，将光纤光栅应变传感器放在基体槽内并将光纤光栅应变传感器连接至光谱仪，

第三步，将调节螺钉从右调节块上调节孔沿横向方向穿过，将调节螺钉的左端顶靠在左调节块的右侧面，调节直至产生500pm的波长漂移，即产生500微应变的预拉力，