[发明专利]一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器及其测量方法

说明书

本发明公开了一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器及其测量方法,所述光纤光栅传感器呈弧状，包括光纤光栅和包覆在外的保护材料；所述保护材料为一种可塑性树脂基复合材料，采用特殊模具，通过一次性注塑工艺可制成与待测弧形构件形状一致的传感器。对于各类弧形构件尤其是一类曲率大半径小的弧形构件，将传感器埋入待测构件中受外力作用两者同步变形，可精确测量应力应变。本发明的光纤光栅传感器具有机械强度高、耐腐蚀性强的特点，可应用于不同的工程环境，使用寿命长。

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器及其测量方法。

背景技术

随着我国经济建设步伐的不断加快，在不断完善城市及周边乡镇基础公共设施建设、房屋建设等的过程中，各类管道、涵洞及隧道等曲面工程构件越来越常见。这些曲面工程结构作为大型土木工程的关键部位，其受力情况十分复杂。且它们的受力情况直接关系着工程建筑的安全，因此实时监测其应力应变显得尤为重要。

由于裸光纤光栅比较脆弱，在恶劣工作环境中非常容易破坏，因此，需要将光纤光栅用钢片、合金套管等机械强度高的材料进行封装保护后才能投入使用。受封装材料的限制，光纤光栅传感器的外观通常为直线型，仅能用于测量如大型拱桥、孤形梁等半径大曲率小的孤形结构的切向应力应变，而对于如排水管道、地铁隧道等半径小曲率大的工程构件，由于被测构件与光纤光栅传感器形状不同，受同等外力作用产生的应变亦不同，这样就极大地影响了测量的精准度。将多个电阻应变片沿环向粘贴可用于检测环形构件的受力情况，但是这种以电信号为传导方式的技术抗外界电磁干扰能力差，且应变片长期暴露于各类复杂工程环境中，使用寿命十分有限。

综上，现有技术难以实现弧形曲面构件应力应变的测定，因此，本发明基于现有的光纤光栅光学传感元件及上述背景技术的不足之处，意在提供一种能够测量弧形曲面构件应力应变的光纤光栅传感器。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器，实现对于具有弧形曲面构建筑设施的全方位安全监控，提高建筑设施的后期监测力度和安全系数。

本发明采用的技术手段如下：一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器，包括光纤光栅和包覆在外的保护材料，所述光纤光栅传感器呈弧状。

进一步的，制备所述保护材料包括以下原料：不饱和聚酯树脂、石英砂、玄武岩纤维、固化剂和促进剂。

进一步的，所述石英砂的粒径为75μm以下，所述玄武岩纤维的长度为5～7mm、直径为14～18um。

进一步的，各原料重量份为：不饱和聚酯树脂100份、石英砂20～40份、固化剂1～2.5份、促进剂0.5～1.25份；玄武岩纤维体积掺量为0.2～0.8％。

进一步的，所述不饱和聚酯树脂替换为环氧树脂；各原料重量份为：环氧树脂100份、石英砂30份、固化剂80份、促进剂1份；玄武岩纤维体积掺量为0.6％。

进一步的，所述玄武岩纤维替换为碳纤维。

进一步的，所述的测量弧形构件变形的光纤光栅传感器，采用注塑成型制成，具体包括以下步骤：

S1、将不饱和聚酯树脂、石英砂、玄武岩纤维、促进剂加入搅拌机中常温搅拌35～45min，制成胶液；

S2、在胶液中加入固化剂，继续搅拌5～8min，得到均匀的注塑液，封存；

S3、使用模具包括直径为10～20mm、长度为10～20cm可弯曲圆管型外模以及与待测构件形状一致的预制内模；将外模弯曲成待测构件的弧形形状，并固定于光滑平面上；将光纤光栅预浸湿一层注塑液，粘贴于内模一侧，完成固化后，紧密贴合外模放置其内，封闭模具两端，并留出注塑口，用注射枪缓慢匀速地将注塑液从注塑口注入模具内，即完成注塑；