[发明专利]一种可校正式光纤光栅二维应变传感器

权利要求书

1.一种可校正式光纤光栅二维应变传感器，其特征在于，通过光栅光纤实现对被测物体的应变实现测量，同时采用相同的另一传感器作为温度补偿，进而抵消掉由温度引起的传感器的测量误差，并利用碳纤维铺层的横向应变与纵向应变间存在的比例关系，对测量结果进行校正，也可从一批测量数据中筛选出更为准确科学的结果，得到更为准确的应变测量结果；具体包括碳纤维铺层，由弯折成直角与另一部分呈直线光栅光纤连接构成的光栅光纤及基底材料构成，所述光栅光纤呈等腰直角三角形，并经由铺层材料的对角线端点引出，所述传感器由六层铺层材料将光纤光栅包覆于其中构成，最下层为基底材料，其上有五层碳纤维材料，光纤光栅置于第三层材料中间，在铺设完成后进行封装固化；

当入射光从左侧传入通过光栅光纤的栅区时，光的波长与栅区的间隔L相同的光会被反射回去，当光栅光纤受力发生形变，反射光的波长会发生改变，通过解调仪对反射回来的光进行解调分析，光信号转化为电信号，最终利用计算机对应变的测量数据进行处理和输出。

2.根据权利要求1所述的可校正式光纤光栅二维应变传感器，其特征在于，当需要对结构或材料的应变进行测量时，可将传感器埋入材料中或将传感器粘贴于被测结构表面，将另一个同样型号的传感器静置于同样的温度环境下不施加荷载用于温度补偿，当被测物体产生变形时，纵向应变可以由0度光纤测出、横向应变由90度光纤测出，以及对角线方向的应变由45度光纤测出，所述0度、45度、90度均为光纤铺设相对于纤维纵向所成的夹角，由0度光纤所测量出的应变表示为ε_0°，45度光纤测量得到的应变表示为ε_45°，由90度光纤测量得到的应变表示为ε_90°；当被测物体发生变形时，被粘贴在物体表面的传感器受到力的作用也发生形变，被测物体与传感器间存在着位移协调关系，被测出的应变与物体应变相同，将被测物体纵向沿x轴应变表示为ε_x，沿y轴方向的横向应变表示为ε_y，以及角应变为γ_xy，光栅传感器中心波长偏移量与温度变化量之间的关系为：

Δλ_x＝K₀ε_x+K_TΔT

Δλ_y＝K₀ε_y+K_TΔT

Δλ_45°＝K₀ε_45°+K_TΔT

而对于碳纤维铺层材料1，其本身横向形变与纵向形变之间存在关系：

ε_x＝νε_y

其中ν为材料的泊松比，可提前测出，于是由温度变化而产生的漂移量可以通过补偿片将其消除，由于碳纤维铺层材料与光纤之间存在变形协调，于是测量得到的横向与纵向应变亦应该满足比例关系，否则此时测量得到的结果产生了较大漂移，即为不准确的，于是可以在测量数据之中选择出误差更小更为准确的结果，相较于原始结果得到了进一步校正；

进而通过所测量得到的三个方向的应变准确值，计算处理得到物体表面任意角度的应变值，与测量得到三个方向的应变关系如下：

其中ε_α表示α角度处的正应变，γ_α表示α角度处的切应变，γ_xy表示切应变，而ε_x、ε_y已经测得，当传感器被安装在物体上时，45度方向的应变也被测得，那么γ_xy即被联立求出，测得了物体上该点处互相垂直的两个方向的正应变及剪应变。