[发明专利]一种多维光纤光栅应变传感器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种多维光纤光栅应变传感器及其制作方法，在圆筒表面刻有14条凹槽，其中，有三条凹槽沿圆筒轴向互成120°角，螺线形凹槽一和螺线形凹槽二分别按顺时针和逆时针两个方向在圆筒上缠绕，螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的起点与凹槽二的起点重合，通过螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的每个交叉点有横向直线槽环绕在圆筒表面。按照本发明提出方法缠绕后，9个光纤光栅分处在圆筒的0°、120°和240°三个方位角的位置上，每个方位上有三个光纤光栅组成应变花。本发明主要应用于岩体内部多个方向的应力监测，大大提高了传感器的检测范围与效果。

技术领域

本发明属于光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种多维光纤光栅应变传感器及其制作方法。

背景技术

光纤光栅传感器具有耐腐蚀，抗地下水和电磁干扰，不受信号强弱和衰减的影响，具有大规模，网络化，远程，长久检测的技术特点。同时可以应用在矿山，水电，交通等地下隧洞和边坡岩体工程多维扰动应力检测。如应用岩体工程中，由于岩石工程所赋存的地质环境和应力条件复杂,大规模工程建设过程中发生的塌方,滑坡和岩爆灾害是严重影响工程施工安全和运行的最关键因素,工程失事常造成施工设备损坏和重大人员伤亡事故。所以有效的传感器可以精确的反应出岩体中应力的变化，从而进行控制与预测。由于一些单一的传感器，测量范围小，精度不高，所以不能有效地反应出岩体中应力的变化。有的光纤光栅传感器需要直接粘贴在被测物体上，这对被测物体的表面要求高，而且传感器不能被重复应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种多维光纤光栅应变传感器及其制作方法，可以精确复杂反应环境中的应力变化。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多维光纤光栅应变传感器，带有9个中心波长不同的光纤光栅的光纤，在圆筒表面凹槽中缠绕，形成在圆筒0°、120°和240°三个方位角位置上的三个应变花，形成用于9个不同方向应变测量的光纤光栅多维应变传感器。能够有效地对物体进行九个不同方向上应力的检测。

按上述技术方案，在圆筒表面刻有14条凹槽，其中，有三条直线凹槽，沿圆筒轴向互成120°角，分别为凹槽一、凹槽二(轴向直线槽)、凹槽三；螺线形凹槽一和螺线形凹槽二分别按顺时针和逆时针两个方向在圆筒上缠绕；通过螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的每个交叉点有横向直线槽环绕在圆筒表面。

按上述技术方案，圆筒表面14条凹槽的尺寸为深度0.3mm～1mm、宽度1mm～1.5mm。

按上述技术方案，螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的螺距分别约为半径的2.18倍和1.09倍，圆筒半径5.5cm选取的螺距是120mm和60mm。

按上述技术方案，螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的每个交叉点的横向直线槽共有9条，螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的起点与凹槽二的起点重合。凹槽起到保护和固定光纤光栅的作用。

本发明还提供一种多维光纤光栅应变传感器的制作方法，该方法包括以下步骤，步骤一：在圆筒表面刻有14条深度0.5mm、宽度1mm的凹槽，其中，有三条凹槽沿圆筒轴向互成120°角，记为凹槽一、凹槽二、凹槽三；螺线形凹槽一和螺线形凹槽二分别按顺时针和逆时针两个方向在圆筒上缠绕，螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的起点与凹槽二的起点重合；通过螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的每个交叉点有横向直线槽环绕在圆筒表面；步骤二：在圆筒上标注9个传感器的位置，形成在圆筒0°、120°和240°三个方位角位置上的三个应变花，每个方位的应变花上由三个光纤光栅组成；步骤三：使用光纤进行缠绕，光纤弯折角度在120度到180度之间，沿着凹槽的120°角或是180°角进行绕纤；步骤四：然后胶封，钢管固定形成多维光纤光栅应变传感器。

按上述技术方案，螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的螺距分别为120mm和60mm。