[发明专利]一种应用于单点应力监测的光纤光栅传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅传感器装置。

背景技术

目前行业中针对应力测试的手段包括电阻应变法、光纤光栅法、X射线衍射法、中子衍射法、磁性法、超声波法、电子散斑干涉法等。但大多测试手段仅限于测试，不适用于长期监测。

现有的光纤光栅应变传感器通常只能监测待测结构单个方向的应力状态，对于工程结构而言，结构疲劳裂纹通常是该点最大主应力引起的，因此需要测量单个结构或两个结构之间在多个方向上的应变量，以确定结构最大主应力，从而以满足结构工程应力状态监测的需求，避免结构裂纹失效导致工程事故的发生。

三向应变测量装置有4个传感器24个接线端子，一根导线9个接线端子，使用时该装置测量时，按照给定的方式接线时在测点部位需要接12根信号线和12根电源线，接线复杂，任何一根线连接错误都可能会导致无结果或结果不准确。

传统的应变监测手段在使用中往往受到限制，一是测试的准备工作和实施过程工作量很大，效率不高；二是应变片本身存在测量漂移，只能开展短期应变测量，不能对金属结构应变进行长期的监测，更不能满足大型设备高精度、远距离、分布式监测的技术要求。

发明内容

光纤光栅应变传感器多为单轴应变监测，常规电阻应变花由三个应变片组成，根据应变片之间的不同角度，应变花可以有多种形式，包括直角应变花、等边三角形应变花等等，无法实现被测结构测点单点应力状态的长期监测。本发明结合工程实践，利用光纤应变花原理和光纤光栅波分复用技术实现被测结构测点单点应力状态的长期监测。

本发明公开了一种应用于单点应力监测的光纤光栅传感器，其目的在于实现被测结构测点单点应力状态的长期监测。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是结合电阻应变花原理和光纤光栅波分复用技术，设计出应用于单点应力监测的光纤光栅传感器。

波分复用技术指两种或多种不同波长的光载波信号在发送端经合波器汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经分波器将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号，从而分别得到四个传感器的波长变化信息。

本发明中SS1、SS2、SS3和TS1四种不同波长的传感器串联，用一根光纤进行传输采用的即为波分复用技术。

应变花的应力计算：

式中：

——ε_ss1、ε_ss2、ε_ss3分别为所测得的SS1、SS2和SS3光纤光栅传感器的应变；

——E为材料的弹性模量；

——μ为材料泊松比。

本发明的技术方案如下：

一种应用于单点应力监测的光纤光栅传感器，由基体、光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器、焊接螺栓柱、外壳组成。基体按照设计的结构形式进行加工，三个光纤光栅应变传感器分别固定在待测结构表面0°、45°、90°三个方向，光纤光栅温度传感器固定在45°与90°应变传感器之间，四个传感器串联。三个光纤光栅应变传感器两端分别择胶水粘接或焊接在四个焊接螺栓柱内部，光纤光栅温度传感器两端松弛固定。外壳由上、下两部分组成，螺柱孔带有一定的活动余量。单点应力监测光纤光栅传感器使用时，用螺柱焊机分别从对角方向进行焊接固定。

附图说明

图1为光纤光栅应力监测传感器的等轴视图；

图2为光纤光栅应力监测传感器的上视图；

图3为光纤光栅应力监测传感器基体上视图；

图4为光纤光栅应力监测传感器基体下视图；

图5为光纤光栅应力监测传感器基体等轴视图。

具体实施方式

下面结合附图对具体实施方式进行说明：

本发明的核心是提供一种应用于单点应力监测的光纤光栅传感器，能够实现对待测结构多个轴向应力进行长期监测。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参照图1-图5，图1为本发明所提供的光纤光栅应力监测传感器一种具体实施方式的等轴视图；图2为本发明所提供光纤光栅应力监测传感器一种具体实施方式的上视图；图3为本发明所提供光纤光栅应力监测传感器基体上视图；图4为本发明所提供光纤光栅应力监测传感器基体下视图；图5为本发明所提供光纤光栅应力监测传感器基体等轴视图。