[发明专利]一种新型光纤光栅金属应变片结构及测量应变的方法

权利要求书

1.一种新型光纤光栅金属应变片结构，其特征在于：包括有至少一对互相垂直对称轴的结构，其中一条对称轴与应变片相交的两点上固定光栅，另一条对称轴和应变片相交的两点用于与被测基底表面进行固定。

2.根据权利要求1所述的新型光纤光栅金属应变片结构，其特征在于：所述的应变片所用的材料要求力学性能优良，如P91钢或者304不锈钢，其与被测基底焊接性好。

3.根据权利要求1所述的新型光纤光栅金属应变片结构，其特征在于：所述的应变片为环形、椭圆形或正多边形。

4.根据权利要求1所述的新型光纤光栅金属应变片结构，其特征在于：所述的应变片相垂直对称轴的端部分别开设小槽或进行标记，其中一条对称轴方向上的两点用于固定光栅，另一垂直方向的对称轴上的两点用于与被测基体固定。

5.利用权利要求3所述的新型光纤光栅金属应变片结构测量应变的方法，其特征在于：通过上述应变片的结构，将测量的应变转化到垂直方向上，通过光栅传感器测量与光栅轴线垂直方向上的应变，具体测量方法如下：若应变片结构为环形，其内径为d，外径为D，厚度为n，在环身上与两条互相垂直的直径的四个交点处，均开出一个宽0.2mm-1.0mm的小槽，槽深0.2mm-0.5mm，其中一条直径与环身相交的两个小槽用于安装固定光栅的两端，而垂直方向的两个小槽，则用来定位应变片与被测基底的焊接点；这样安装的应变片，当两焊接点之间产生的是拉应变时，垂直方向两小槽之间则产生收缩应变；反之两焊接点之间产生的是收缩应变时，垂直方向则产生的是拉应变；经过ansys软件分析，发现当10≤d/(D-d)≤20时，应变转换效果较好，具体的比例值与实际所用材料的力学性能有一定关系；安装光栅时，需要施加一定的预拉力，使光栅的中心波长红移一定的波长值Δλ，通用的Type-Ⅰ型光栅，其在能承受的最大拉力下中心波长的红移范围一般为4000pm-5000pm，如果要测量的是拉应变，则经转化到垂直方向后作用在光栅上的为收缩应变，这种情况下光栅预拉力使中心波长产生的红移应尽可能大；反之如果要测量的是压缩应变，则只需要施加少许预拉力，以保证测量结果的准确性以及感应的灵敏度即可。

6.根据权利要求5所述的新型光纤光栅金属应变片结构测量应变的方法，其特征在于：若应变片结构为菱形，其内边长为l，外边长为L，厚度为n，在四个顶点处沿中心对称轴方向均开出同上环形情况一样的小槽，同样分别用来固定光栅两端以及定位应变片与基底的焊接点，此结构的比例值l/（L-l）仍需要在一定的范围内。

7.根据权利要求5所述的新型光纤光栅金属应变片设计方法，其特征在于：所述的应变片制作出来并将光栅安装其上后，应进行标定工作。