[发明专利]一种梯度变截面同轴布拉格栅应变传感器及其使用方法

权利要求书

1.一种梯度变截面同轴布拉格栅应变传感器，其特征在于，包括：若干个结构相同的单周期传感结构，各所述单周期传感结构一体化连接；任意所述单周期传感结构由内向外依次包括同轴设置的内导体、横截面半径梯度渐变的绝缘层、金属外导体以及外层护套；

所述横截面半径梯度渐变的绝缘层模型由三次样条插值曲线构建：

其中，S_i(x)表示三次样条插值函数，s″(x_i)表示S_i(x)的二阶导数，表示x_i对应的三次样条曲线函数值，x_i，x_i+1表示单周期子区间两端点坐标，x表示函数中的设定参量标记符，x_ixx_i+1；

通过调整插值点的特征参数以获取极值监测频点；

所述应变传感器的灵敏度与初始设定极值监测频点相关，初始设定极值监测频点越高则传感器的灵敏度越高。

2.根据权利要求1所述的梯度变截面同轴布拉格栅应变传感器，其特征在于，所述传感器端部连接有匹配负载。

3.根据权利要求1所述的梯度变截面同轴布拉格栅应变传感器，其特征在于，所述单周期传感结构的长度根据以下方式确定：

其中，l₀表示单周期传感结构的长度，v_wav表示波在同轴线中的传播速度，ω₀表示初始设定监测频点，c_o表示光速，ε_i表示同轴线绝缘层介电常数。

4.根据权利要求1所述的梯度变截面同轴布拉格栅应变传感器，其特征在于，所述梯度渐变绝缘层采用低弹性模量介质制备，通过3D打印技术加工制作。

5.一种基于权利要求1-3中任意一项所述梯度变截面同轴布拉格栅应变传感器的使用方法，其特征在于，包括：

将所述梯度变截面同轴布拉格栅应变传感器与待监测结构相结合，结合方式包括贴合于待测结构表面或者埋藏在待测结构内；

将所述梯度变截面同轴布拉格栅应变传感器与网络分析仪相连；

用网络分析仪读取传感器S参数；

在初始设定极值频点处同轴应变传感器产生最大的反射系数，该初始设定极值频点由三次样条曲线的插值型值点来确定；

使所述梯度变截面同轴布拉格栅应变传感器沿轴向受力拉伸形变，初始设定极值频点随之发生频移，基于初始设定极值频点频移量与结构应变量的对应关系，获取结构应变量结果。

6.根据权利要求5所述的梯度变截面同轴布拉格栅应变传感器的使用方法，其特征在于，传感器中包括的单周期传感结构数量根据网络分析仪对反射及透射系数幅值的分辨程度确定。