[发明专利]一种基于光纤传感的双向光纤光栅双变量传感器

说明书

本发明公开了一种基于光纤传感的双向光纤光栅双变量传感器，应用于混凝土结构中应变和温度双参量测量的装置，属于光纤传感技术领域。本发明由光纤、PVC光纤保护套管、光缆、光纤光栅解调仪、外部封装保护结构、温度光栅区、应变光栅区、光纤熔接区和装置内腔组成。光纤光栅传感技术因其量测精度高，可实时监测的优点而被逐渐应用到土木工程领域。通过3D打印方法将发明最外层保护结构进行建模设计后导入切片软件并打印，完成外部封装结构。采用管式封装与嵌入式封装相结合的方式，将一个温度传感器与两个应变传感器封装于一个装置中。测量应变的同时进行温度补偿，得到更加准确的应变数据；在测量X、Y两个方向的应变的同时，兼具温度测量功能。

技术领域

本发明涉及一种用于混凝土结构应变和温度双参量测量的装置，属于光纤传感技术领域。

背景技术

在工程实践中，传统的应变监测一直扮演着重要角色。由于传统应变监测灵敏度低、易受强电磁干扰等缺陷，测量的误差较大，而光纤光栅传感技术因其量测精度高，可实时监测的优点而被逐渐应用到土木工程领域。

目前，有关混凝土内部应变传感器的研究较多，对于温度和应变双变量传感器的研究较少。发明专利双向长标距光纤光栅应变传感器，主要提供一种可以同时测量两个垂直方向应力应变的光纤光栅传感器，可以一次性读取两个方向的应变数据，避免多次埋设传感器；实用新型专利混凝土内部应变传感器，可以测量混凝土内部应变，其体积小，测量精度高，可以实现动态荷载下的混凝土应变测试。然而，温度和应变对于FBG光纤光栅传感器的测量都是十分重要的参数，两者的变化均会导致波长发生变化，因此在利用FBG光纤光栅传感器测量应变的过程中需要进行相关温度补偿的计算，这成为急需解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于光纤传感的双向光纤光栅双变量传感器，可以测量两个方向的温度和应变，测量应变的同时进行温度补偿，得到更加准确的应变数据；在测量温度的同时测量X、Y两个方向的应变。在FBG光纤光栅传感器的封装上，本发明采用管式封装与嵌入式封装相结合的方式，将一个温度传感器与两个应变传感器封装于一个装置中，起到更好地保护作用。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于光纤传感的双向光纤光栅双变量传感器，由光纤、PVC光纤保护套管、光缆、光纤光栅解调仪、外部封装保护结构、温度光栅区、两个应变光栅区、光纤熔接区、装置内腔组成；将一个应变光栅区与温度光栅区以管式封装，而另一个应变光栅区以嵌入式封装于装置内腔中，从而实现测量两个方向的应变和温度。

优选地，PVC光纤保护套管直径不大于2mm。能实现传感器微型化，满足多种安装要求。

优选地，光纤为光信号传输区域，其管式封装区段中与应变光栅区和温度光栅区相连。

优选地，应变光栅区和温度光栅区的长度不大于10mm。

优选地，所述应变光栅区和温度光栅区通过光纤熔接区相连。

优选地，光纤熔接区长度不超过60mm。

优选地，所述光纤和光缆相连，通过光纤光栅解调仪解析光信号后得到光栅区中心波长的变化，整根光纤除装置内腔部分在PVC套管保护下，其余部分均为裸纤，直接嵌入外部封装保护结构。

优选地，所述外部封装保护结构的制备方式：通过3D打印方法，将外层保护结构进行建模后导入切片软件并打印，完成外部封装保护结构。通过3D打印方法完成外部封装结构，易于实现，满足一体性装置的结构的整体性和保证传感器的测量精度。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明采用管式封装与嵌入式封装相结合的方式，将一个温度传感器与两个应变传感器封装于一个装置中，装置结构紧凑，实用性强；