[发明专利]一种光纤光栅应力传感器及其加工和标定方法

说明书

本发明公开一种光纤光栅应力传感器及其加工和标定方法。该传感器包括：锚杆和光纤；在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锚杆的两端，四个凹槽均匀分布在锚杆的四周；每个凹槽内放置有一根沿轴向贯穿凹槽的光纤；四个光纤首尾依次相连，形成串联光纤线路；串联光纤线路的一端与光源连接，另一端与解调器连接；每根光纤上均设置有一个应变光纤光栅，各应变光纤光栅位于锚杆的同一径向截面上；在每个凹槽内固定有两个定位部件，两个定位部件位于同一凹槽内的应变光纤光栅的两侧；定位部件用于将同一凹槽内的光纤固定在凹槽内；各个应变光纤光栅的中心波长不同。本发明不但能够测量应力的大小，还能测量应力的方向。

技术领域

本发明涉及应力检测领域，特别是涉及一种光纤光栅应力传感器及其加工和标定方法。

背景技术

光纤光栅(FiberBragg Grating)传感器简称FBG传感器，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格(Bragg)波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。FBG传感器是一种无源器件，具有抗电磁干扰、电绝缘性、耐腐蚀、体积小、稳定性高等优良特点。由于光纤光栅传感器具有电类传感器无法替代的以上优势，近年来在应力测量方面受到广泛应用。

现有的基于光纤光栅的应力测量方案大多将光纤光栅置于固定锚杆的垫板上或锚杆的两侧，这种光纤光栅应力测量方式只能测量应力的大小，无法实现应力方向的测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种光纤光栅应力传感器及其加工和标定方法，不但能够测量应力的大小，还能测量应力的方向。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种光纤光栅应力传感器，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。

可选的，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。

可选的，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。

可选的，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。

可选的，所述光纤为聚酰亚胺光纤。

本发明还公开一种光纤光栅应力传感器的加工方法，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；