[其他]光纤应力传感器

说明书

本发明与光纤应力测量有关，更详细地讲，这种传感器主要是检测混凝土这一类不透明胶凝材料的内应力和土应力等。

在此之前，测量土应力主要是用各种电测压力盒，这一类传感器的缺点是体积大、成本高，易受电磁干扰，而混凝土构件这一类胶凝材料内应力的测量，尚未发现有效手段，目前有一些用于测量压力的光纤传感器，如崎田（Shuichi    Tai）等人根据光纤和光弹的综合技术在应用光学杂志22卷11册（APPLIED    OPTICS/Vol    22    No.11/1983，1771-1774）上提出了一种压力测量方案，并成功的用于加速度测量，但因为传感头部分完全采用了光弹原理，仍存在元件多，体积大，成本高等问题，而且必须配用单色光源（如激光），所以不适合混凝土这一类一次性使用的内应力测量。

本发明的主要目的就是为了解决上述问题，为混凝土这一类一次性使用的内应力测量提供一种体积小，不怕潮湿、抗干扰能力强、价格便宜、没有位移元件的光纤应力传感器。

附图1是光纤应力传感器示意图。图中1是白炽灯、2是光电检测装置、3和5是偏振膜、4是光弹元件、6是多模光纤、7是预偏压调节螺丝、8是光电转换器。光源1发出的光通过光纤6送到传感头（虚线部分）经过偏振膜片变成平面偏振光，穿过光弹元件4，经过偏振片5检偏后由光纤6传到光电检测装置2。当光弹元件所受应力发生变化时，因双折射能得到一正弦变化的输出光，当光入射是白光时，透射光呈对比度更强的彩色变化，通过检测器检测到光强的变化，即能测出相应的应力大小。

本发明推荐如下实施方案：

光弹元件采用环氧树脂等光弹性能好，承受压力大的高分子材料制成厚度合适的薄片，并在二侧分别贴上正交的偏振膜片，且使光弹元件的光轴分别和二偏振膜片的透光轴成45角，然后将此传感头装在V槽装配架上。图2是V槽装配架的装配示意图，图中9是带V槽的装配架6是光纤、3和5是偏振膜片、4是光弹元件、7是预偏压调节螺丝。利用V槽作为光纤的耦合架，安装完毕后用螺丝7给光弹元件4预加一定的压力，使传感器工作在图3的示的线性工作区，图3中横坐标轴表示传感器所受应力，纵坐标轴表示通过传感头的透光率。光源1采用自炽灯。为了减少光漂移引起的误差，将光源1发出的光的一部分通过另一光纤直接输入到光电转换器8，并将此光电转换器的输出信号经过适当的处理作为光电检测装置的反馈信号。

本发明可在0-500kg/cm²的范围内测量，灵敏度为10g/cm²

本发明的特点是传感头元件少，体积小、灵敏度高、抗干扰能力强、抗潮湿、价格便宜，没有位移元件，特别适合于测量混凝土这一类一次性使用的内应力测量，同时也可用于检测土应力和在各种恶劣环境下测量应力。