[发明专利]一种路用光纤光栅串三维空间应变传感器

说明书

一种路用光纤光栅串三维空间应变传感器，它涉及一种应变传感器，具体涉及一种路用光纤光栅串三维空间应变传感器。本发明解决了现有的光纤光栅应变传感器往往只能实现单一方向的应变测量，且随着传感器被埋入结构内部，其测试方向也随之固定的问题。本发明包括弹性体内腔、光纤光栅串、外壳和温度传感器封装组件，弹性体内腔设置在外壳内，光纤光栅串设置在弹性体内腔的预制凹槽处，光纤光栅串末端的感知光栅由温度传感器封装组件封装为温度补偿传感器。本发明属于光纤光栅传感领域。本发明与传统的应变传感器相比，具有以下优点：传感元件仅一根光纤光栅串、可测量路面结构三维空间应变状态、布设线路简单、测量结果自带温度补偿、适用范围广。

技术领域

本发明涉及一种应变传感器，具体涉及一种路用光纤光栅串三维空间应变传感器，属于光纤光栅传感领域。

背景技术

研究道路结构的应力、应变，了解其在真实服役过程中的工作状态，对道路工程的设计、工程质量评估及后期养护维修都有重要意义。随着光纤传感技术的发展，光纤光栅类传感器凭借其抗电磁干扰、耐腐蚀、高绝缘性、便于复用成网、测量范围广等优点，在土木工程、航空航天、石油化工、电力等领域获得了广泛应用。光纤光栅周围温度和应变的改变将引起光纤光栅反射光中心波长的变化，而波长的漂移量与应变和温度呈线性关系，利用解调设备，对反射光的波长漂移情况进行检测，结合标定的应变灵敏度系数和温度灵敏度系数可以实现对路面结构应变和环境温度的测量。

现有的光纤光栅应变传感器往往只能实现单一方向的应变测量，且随着传感器被埋入结构内部，其测试方向也随之固定。然而，由于车辆荷载的随机性，实际工程中道路结构内部应变状态复杂多变，难以简化为单一方向的简单应变状态。此外，获取三维空间应变状态可以进一步换算出更多应变相关参数，如主应变、主剪应变等，以作为耐久性路面材料和结构设计的重要验算指标，揭示道路结构和材料在服役过程中的受力状态、变形行为和发展规律。因此获取三维空间应变状态对道路健康监测有重要意义。

目前对结构三维空间应变状态的测试尚无广泛使用的技术，比较常见的是构建三维应变花进行测试，具体传感元件可使用应变片及光纤光栅。其中粘贴应变片的手段不易于固定在道路结构内，因此测试方位及结果有极大误差。目前已有使用多根光纤光栅应变传感器固定于空间不同位置而构成的空间应变(应力)传感器，但因其本质属于单向点式传感器，各个传感器之间的线路连接错综复杂、线缆繁多，传感器制作工艺繁琐且尺寸较大不易控制，对于道路工程这种层状结构而言适用性不强。因此设计一种适用于道路工程结构，简单易制的三维空间应变传感器，不仅可以扩大光纤光栅传感器的应用范围，也是道路工程技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明为解决现有的光纤光栅应变传感器往往只能实现单一方向的应变测量，且随着传感器被埋入结构内部，其测试方向也随之固定的问题，进而提出一种路用光纤光栅串三维空间应变传感器。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括弹性体内腔、光纤光栅串、外壳和温度传感器封装组件，弹性体内腔设置在外壳内，光纤光栅串设置在弹性体内腔的预制凹槽处，光纤光栅串末端的感知光栅由温度传感器封装组件封装为温度补偿传感器。

进一步的，本发明还包括软质护管，软质护管套装在光纤光栅串的光纤段上。

进一步的，本发明还包括铠装线，铠装线套装在光纤光栅串的引出端。

进一步的，本发明还包括硬质引出管，硬质引出管套装在铠装线上。。

进一步的，光纤光栅串粘贴在弹性腔体内腔的预制凹槽处。

进一步的，外壳包括外壳主体和外壳底盖，外壳底盖扣合在外壳主体底部的开口处。

进一步的，温度补偿传感器包括堵件、金属针管和封装钢管，光纤光栅串末端的温度补偿光栅依次套装堵件、金属针管并涂覆温敏胶一同伸入封装钢管内。

本发明的有益效果是：