用于测量最大应变的FBG传感器、制造方法和使用方法技术

本发明专利技术涉及一种用于测量待测量物体的最大应变的FBG传感器、制造该传感器的方法和使用该传感器的方法。为此，提供了一种用于测量最大应变的FBG传感器，该FBG传感器包括：光导纤维(130)，该光导纤维具有位于其中的FBG传感器(150)；第一金属箔(120)，该第一金属箔在其一个表面上接触光导纤维(130)；第二金属箔(120)，该第二金属箔与所述一个表面进行表面接触；粘合剂层(140)，该粘合剂层设置在第一金属箔(100)和第二金属箔(120)之间；用于通过所述FBG传感器(150)测量第一金属箔(100)和第二金属箔(120)的残余应变的装置；以及基于所测量的残余应变值和通过实验计算得出的灵敏度系数(Csen)来计算最大应变的装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种FBG传感器，更具体而言，涉及一种能够测量待测量物体的最大应变的FBG传感器、制造该传感器的方法和使用该传感器的方法。
技术介绍
一般来说，光纤布拉格光栅(FBG)传感器是指利用通过将光经过光导纤维传送而产生的光的反射、折射、散射和透射现象的传感器。在这种FBG传感器中，将紫外线选择性地辐射到玻璃光导纤维上，从而在光导纤维的长度方向上形成折射率周期性地精细变化的图案。这种FBG传感器的特征在于，其具有低插入损失，这是因为其能够形成为光导纤维内的过滤器。此外，FBG传感器在大规模生产的情况下具有非常低的制造成本，并且过滤器的带宽在大小上可以非常小。FBG传感器的其他特征包括：FBG传感器适合于埋入型测量(耐用性)，这是因为其由于腐蚀而劣化的可能性较低；以及因为使用光学信号而不会由于潮湿而产生异常值(可靠性)。因为将光学信号传送到测量装置，因此在测量地点没有任何影响，诸如电场。特别是，FBG传感器适用在高电压电力环境中(抗噪声)，因为不使用电信号和电力而能够在易燃物周围自由地使用(抗爆特性)，因为光学信号具有非常低的传送损失而能够容易地在长隧道和大型结构中使用，并且能够在几千公里的范围内进行测量(适应性)，从极低温度(-270°)到极高温度(几百度)都能够使用，并且能够在高温度湿度以及极低温度和高温中使用(温度特性)。特别是，FBG光导纤维传感器能够像现有的电力型测量装置一样测量混凝土内的应力，并且具有非常高的经济性，这是因为即使在严酷环境中其也能够维持一年以上的测量功能。这种FBG传感器包括使用时间差的时分多路复用(TDM)方法和使用波形之间的差的波分多路复用(WDM)方法。在时分多路复用方法中，因为可以在单个光导纤维内串联地布置最多100个FBG传感器，所以可以构建简单的测量系统。相反，波分多路复用方法是用于在FBG所独有的更高层反射波长中识别FBG的方法，并且能够进行长距离测量。近年来，已经在结构健康监测(SHM)领域中发展FBG传感器，例如应变测量、裂纹诊断、热测量和压力监测。其原因是FBG传感器具有抗电磁特性、小尺寸、耐腐蚀以及以上描述的用于单个光纤的传感器多路复用性的卓越优点。此外，FBG传感器可以用来测量关于应变或温度变化而显著显现的参数。传统的远程通信光导纤维包括涂覆在2到3个聚合物层中的二氧化硅玻璃光纤。其原因是未涂覆的光导纤维容易断裂。涂覆有聚合物的二氧化硅光纤在短期内提供了较高刚度。然而，如果这种光纤在潮湿环境中经受应力，则因为裂纹非常缓慢的生长而使得强度经过较长时间下降。为了保护二氧化硅玻璃光纤不受湿气的影响，在光导纤维上涂覆金属，诸如铝、铟、锡、锑、锌、铅、铜、镍或金。一些光纤对湿气穿透的抵抗性较高。此外，与涂覆聚合物光纤相比，一些光纤表现出较高刚度。一些光纤能够承受相对较高温度。同时，对光导纤维进行涂覆是为了增加机械特征，诸如杨氏模量、热膨胀系数和泊松比，为了提高可靠性并为了防止光导纤维受到恶劣环境影响。尽管这种用于涂覆光导纤维的技术提高了光导纤维的特征，但是尚未进行使用涂覆材料的残余应变来检测待测量物体的最大应变的技术。
技术实现思路
技术问题因而，考虑到现有技术中出现的上述问题而作出了本专利技术，并且本专利技术的目的是提供一种用于测量最大应变的FBG传感器、制造该FBG传感器的方法和使用该FBG传感器的方法，该FBG传感器能够利用残余应变测量待测量物体的最大应变。本专利技术所要实现的技术目的并限于上述目的，本专利技术所属领域的技术人员可以从如下描述而清楚地理解其他技术目的。技术方案本专利技术的目的可以通过一种用于测量最大应变的FBG传感器实现，该FBG传感器包括：光导纤维(130)，该光导纤维具有设置在所述光导纤维中的FBG传感器(150)；第一金属箔(100)，该第一金属箔使所述光导纤维(130)与所述第一金属箔的一个表面接触；第二金属箔(120)，该第二金属箔与所述一个表面进行表面接触；粘合剂层(140)，该粘合剂层设置在所述第一金属箔(100)和所述第二金属箔(120)之间；用于通过所述FBG传感器(150)测量所述第一金属箔(100)和所述第二金属箔(120)的残余应变的装置；以及基于所测量的残余应变值和通过实验计算得出的灵敏度系数(Csen)来计算最大应变的装置。此外，所述第一金属箔(100)和所述第二金属箔(120)中的至少一者可以包括铝箔、钢箔和铜箔中至少一个。此外，所述第一金属箔(100)和所述第二金属箔(120)中的至少一者具有从10μm到30μm的厚度。所述第一金属箔(100)和所述第二金属箔(120)中的至少一者在所述光导纤维(130)的长度方向上为矩形。此外，所述光导纤维(130)位于所述第一金属箔(100)和所述第二金属箔(120)中的至少一者的中心线上。此外，该FBG传感器进一步包括用于将所述第一金属箔(100)和所述第二金属箔(120)中的任一者的一个表面连接至待测量物体的支架。此外，更优选地，所述支架包括以所述FBG传感器(150)为基准对称地放置的一对支架(160a和160b)。本专利技术的目的可以通过作为另一个类别的制造用于测量最大应变的FBG传感器的方法实现，该方法包括：通过在第一金属箔(100)的一个表面上涂覆粘合剂而形成粘合剂层(140)的步骤(S100)；将包括FBG传感器(150)的光导纤维(130)粘结至所述粘合剂的步骤(S200)；以及将第二金属箔(120)粘结至所述第一金属箔(100)的所述一个表面的步骤(S300)。此外，优选地，该方法进一步包括以所需形式切割所述第一金属箔(100)和所述第二金属箔(120)的步骤(S400)。本专利技术的目的可以通过作为又一个类别的使用用于测量最大应变的FBG传感器的方法实现，该方法包括如下步骤：将所述FBG传感器附装至待测量物体，该FBG传感器是通过如下步骤制成的：在第一金属箔(100)的一个表面上涂覆粘合剂而形成粘合剂层(140)的步骤(S100)；将包括FBG传感器(150)的光导纤维(130)粘结至所述粘合剂的步骤(S200)；将第二金属箔(120)粘结至所述第一金属箔(100)的所述一个表面(S300)；和以所需形式切割所述第一金属箔(100)和所述第二金属箔(120)；在所述待测量物体变形的同时或在所述待测量物体变形之后向所述光导纤维(130)输入具体输入信号；基于所述输入信号测量所述FBG传感器(150)的输出信号；基于所述输出信号测量所述待测量物体的残余应变；以及使用所测量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量最大应变的FBG传感器，该FBG传感器包括：光导纤维(130)，该光导纤维具有设置在所述光导纤维中的FBG传感器(150)；第一金属箔(100)，该第一金属箔使所述光导纤维(130)与所述第一金属箔(100)的一个表面接触；第二金属箔(120)，该第二金属箔与所述一个表面进行表面接触；粘合剂层(140)，该粘合剂层设置在所述第一金属箔(100)和所述第二金属箔(120)之间；用于通过所述FBG传感器(150)测量所述第一金属箔(100)和所述第二金属箔(120)的残余应变的装置；以及基于所测量的残余应变值和通过实验计算得出的灵敏度系数(Csen)来计算最大应变的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.01 KR 10-2013-01171061.一种用于测量最大应变的FBG传感器，该FBG传感器包括：
光导纤维(130)，该光导纤维具有设置在所述光导纤维中的FBG传感器(150)；
第一金属箔(100)，该第一金属箔使所述光导纤维(130)与所述第一金属箔(100)的一
个表面接触；
第二金属箔(120)，该第二金属箔与所述一个表面进行表面接触；
粘合剂层(140)，该粘合剂层设置在所述第一金属箔(100)和所述第二金属箔(120)之
间；
用于通过所述FBG传感器(150)测量所述第一金属箔(100)和所述第二金属箔(120)的
残余应变的装置；以及
基于所测量的残余应变值和通过实验计算得出的灵敏度系数(Csen)来计算最大应变
的装置。
2.根据权利要求1所述的FBG传感器，其中，所述第一金属箔(100)和所述第二金属箔
(120)中的至少一者包括铝箔。
3.根据权利要求1所述的FBG传感器，其中，所述第一金属箔(100)和所述第二金属箔
(120)中的至少一者具有从10μm到30μm的厚度。
4.根据权利要求1所述的FBG传感器，其中，所述第一金属箔(100)和所述第二金属箔
(120)中的至少一者在所述光导纤维(130)的长度方向上为矩形。
5.根据权利要求1所述的FBG传感器，其中，所述光导纤维(130)位于所述第一金属箔
(100)和所述第二金属箔(120)中的至少一者的中心线上。
6.根据权利要求1所述的FBG传感器，该FBG传感器进一步包括用于将所述第一金属箔
(100)和所述第二金属箔(120)中的任一者的一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：权日凡，任主恩，金美炫，崔起善，
申请(专利权)人：韩国标准科学研究院，
类型：发明
国别省市：韩国;KR