[发明专利]一种光纤光栅应力传感器及其加工和标定方法

权利要求书

1.一种光纤光栅应力传感器，其特征在于，包括：锚杆和光纤；在所述锚杆的侧面开设有四个沿轴向延伸的凹槽，每个凹槽的两端均延伸至所述锚杆的两端，四个所述凹槽均匀分布在所述锚杆的四周；每个所述凹槽内放置有一根沿轴向贯穿所述凹槽的光纤；四个所述光纤首尾依次相连，形成串联光纤线路；所述串联光纤线路的一端与光源连接，另一端与解调器连接；每根所述光纤上均设置有一个应变光纤光栅，各所述应变光纤光栅位于所述锚杆的同一径向截面上；在任意一个光纤上安装有温度光纤光栅，所述温度光纤光栅用于测量环境温度；在每个凹槽内固定有两个定位部件，两个所述定位部件位于同一凹槽内的应变光纤光栅的两侧；所述定位部件用于将同一凹槽内的光纤固定在凹槽内；

各个所述应变光纤光栅的中心波长不同；

所述光纤光栅应力传感器的标定方法是在仿断层面平台上完成的：

将具有斜断面的第一应力块和第二应力块的斜断面相对设置并贴合在一起；

将所述光纤光栅应力传感器插入所述第一应力块和所述第二应力块；

沿所述光纤光栅应力传感器的分布方向在所述第一应力块和所述第二应力块的表面粘贴多个应变片；

固定第二应力块，对第一应力块沿第一方向和第二方向均施加第一预设值的压力，并记录解调器的数据；所述第一方向和所述第二方向均朝向所述斜断面，且所述第一方向与所述第二方向相互垂直；

保持第一方向上施加的压力不变，将第二方向上的压力施加到第二预设值，使第一应力块产生滑动，记录解调器的数据和应变片对应的应力数据；

待解调器的数据变化稳定后，使第一方向上施加的压力增大到第二预设值；

继续在第二方向上施加压力使第一应力块在第二方向上的位移达到预设距离，记录解调器的数据和应变片对应的应力数据；

根据解调器的数据和应变片的数据的对应关系对光纤光栅应力传感器进行标定。

2.根据权利要求1所述的光纤光栅应力传感器，其特征在于，在所述锚杆侧面的两端设置有锁紧装置，所述锁紧装置用于锁紧所述锚杆。

3.根据权利要求1所述的光纤光栅应力传感器，其特征在于，每个所述凹槽内的两个定位部件之间的光纤处于拉伸状态。

4.根据权利要求1所述的光纤光栅应力传感器，其特征在于，所述光纤为聚酰亚胺光纤。

5.一种如权利要求1～4中任意一项所述的光纤光栅应力传感器的加工方法，其特征在于，包括：

在锚杆的侧面沿轴向打磨四个凹槽，使四个凹槽均匀分布在所述锚杆的侧面；

选取四根光纤，在每个光纤的同一位置上均安装一个应变光纤光栅；

在每个光纤上将两个定位部件在预设温度下用低熔点玻璃固定在应变光纤光栅的两侧；

将四个带有定位部件的光纤分别置于对应的凹槽内；

对于每个光纤，先将一个定位部件使用紫外光胶固定在凹槽内，然后对另一个定位部件施加拉力，在保留拉力的同时将另一个定位部件用紫外光胶固定在凹槽内，使应变光纤光栅保持拉伸状态；

在固定好的定位部件上涂胶，并将涂胶后的锚杆置于恒温箱中进行固化处理；在每个定位部件的外侧的凹槽内涂软胶；

待所述软胶初步固化后，在光纤的两侧套上松套管，并将所述松套管固定在凹槽内；

将四根光纤依次串联连接。

6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于，在所述将四根光纤依次串联连接之后，还包括：

将锁紧装置固定在锚杆的两侧；

将所述锚杆置于恒温箱中进行老化处理。

7.一种如权利要求1～4中任意一项所述的光纤光栅应力传感器的标定方法，其特征在于，包括：

将具有斜断面的第一应力块和第二应力块的斜断面相对设置并贴合在一起；

将所述光纤光栅应力传感器插入所述第一应力块和所述第二应力块；

沿所述光纤光栅应力传感器的分布方向在所述第一应力块和所述第二应力块的表面粘贴多个应变片；

固定第二应力块，对第一应力块沿第一方向和第二方向均施加第一预设值的压力，并记录解调器的数据；所述第一方向和所述第二方向均朝向所述斜断面，且所述第一方向与所述第二方向相互垂直；

保持第一方向上施加的压力不变，将第二方向上的压力施加到第二预设值，使第一应力块产生滑动，记录解调器的数据和应变片对应的应力数据；

待解调器的数据变化稳定后，使第一方向上施加的压力增大到第二预设值；

继续在第二方向上施加压力使第一应力块在第二方向上的位移达到预设距离，记录解调器的数据和应变片对应的应力数据；

根据解调器的数据和应变片的数据的对应关系对光纤光栅应力传感器进行标定。