[发明专利]分布式光纤光栅孔壁应变计有效
申请号: | 201811170655.8 | 申请日: | 2018-10-09 |
公开(公告)号: | CN109141269B | 公开(公告)日: | 2023-08-15 |
发明(设计)人: | 刘一民;王成虎;侯正阳;高桂云;魏学勇 | 申请(专利权)人: | 应急管理部国家自然灾害防治研究院 |
主分类号: | G01B11/16 | 分类号: | G01B11/16 |
代理公司: | 北京兴智翔达知识产权代理有限公司 11768 | 代理人: | 郭卫芹 |
地址: | 100085*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 分布式 光纤 光栅 应变 | ||
1.一种分布式光纤光栅孔壁应变计,包括测量筒体(25)部分和活塞导向部分,测量筒体(25)外径为36mm,长度为336mm,活塞导向部分长度为308mm;其特征在于:测量筒体部分包括传感光纤(21)、定位销(22)、安装杆(23)、前粘结剂挡圈(24)、测量筒体(25)、胶室(26)、光纤光栅应变传感器(27)组件、环氧树脂外壳(28)和销钉孔(29);活塞导向部分包括活塞杆(30)、出胶孔(31)、后粘结剂挡圈(24’)和导向器(32);前粘结剂挡圈(24)与后粘结剂挡圈(24’)之间部分为测量段,传感光纤(21)从安装杆(23)的中间孔进入测量筒体(25)内腔并与光纤光栅应变传感器(27)组件串联,定位销(22)插在安装杆(23)上,前粘结剂挡圈(24)的作用是防止粘结剂水漏出,胶室(26)注满调制粘结剂,将分布式光纤光栅应变传感器(27)封装在弹性模量已知的测量筒体(25)内腔管壁上,外面覆盖一层环氧树脂外壳(28)以便与测量子孔(38)孔壁的耦合,销钉孔(29)的作用是插入销钉(39)将测量筒体部分与活塞导向部分连接;活塞导向部分中,活塞杆(30)的尾部有多个出胶孔(31),后粘结剂挡圈(24’)的作用是防止粘结剂漏出,导向器(32)的作用是将孔壁应变计装入测量子孔(38)的指定位置中;光纤光栅应变传感器(27)为具有温度补偿的应变传感器,其温度标定与补偿方法是:在光纤光栅应变传感器(27)安装在测量筒体(25)内腔外壁之前,先将光纤光栅应变传感器(27)单元放置于恒温水域箱中进行温度标定实验,对波长随温度变化的实验数据进行拟合、处理和分析,通过温度标定实验得到应变传感单元的温度灵敏度系数,进而在压力加载中对应变传感单元温度进行补偿;带温度补偿单元的光纤光栅应变传感器(27)内部有一个不受应变影响的感温光栅,其作用为测量环境温度变化ΔT,有ΔT式中:
2.根据权利要求1所述的分布式光纤光栅孔壁应变计,其特征在于:根据多个光纤光栅应变传感器能够在一根光纤上串联集成的特点,分布式光纤光栅应变传感器(27)采用多组分布式缠绕的安装方式,包括A,B,C和D四组共计32个光纤光栅应变传感器,四组传感器缠绕在测量筒体(25)内腔表面,均与空心管体的横截面呈45°夹角;通过四根传感光纤(21)分别连接A,B,C和D四组32个光纤光栅应变传感器(27),其中,L1号传感光纤连接A组的41、44、53、56、57、60、69和72号共8个光纤光栅应变传感器(27),L2号传感光纤连接B组的43、42、55、54、59、58、71和70号共8个光纤光栅应变传感器(27),L3号传感光纤连接C组的45、48、49、52、61、64、65和68号共8个光纤光栅应变传感器(27),L4号传感光纤连接D组的47、46、51、50、63、62、67和66号共8个光纤光栅应变传感器(27),在每根光纤上按照等间距布设光纤光栅应变传感器(27);其中41、43、45和47号传感器沿圆周均匀分布,相邻传感器之间夹角均90°;同理42、44、46和48号传感器也是相同分布情况,且41号与42号与Z轴的夹角分别为135°和45°,43号与44号,45号与46号,47号与48号也是相同位置关系;因此41、43、45和47号传感器与42、44、46和48号传感器构成一组测量单元,通过空心包体应变测量应力计算公式利用8个传感器的应变量计算出测量管体区域的应力分布情况;同理,49、51、53和55,57、59、61和63,65、67、69和71与41、43、45和47号传感器分布和排列方向一致,而50、52、54和56,58、60、62和64,66、68、70和72与42、44、46和48号传感器分布和排列方向一致,因此49、51、53和55号传感器与50、52、54和56号传感器构成一组测量单元,57、59、61和63号传感器与58、60、62和64号传感器构成一组测量单元,65、67、69和71号传感器与66、68、70和72号传感器构成一组测量单元;利用上述四组测量单元计算出测量管体各区域的应力分布情况,实现测量管体表面应变的分布式检测。
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