一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器及其测量方法技术

技术编号:15760317 阅读:292 留言:0更新日期:2017-07-05 14:05
本发明专利技术公开了一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器及其测量方法,所述光纤光栅传感器呈弧状,包括光纤光栅和包覆在外的保护材料;所述保护材料为一种可塑性树脂基复合材料,采用特殊模具,通过一次性注塑工艺可制成与待测弧形构件形状一致的传感器。对于各类弧形构件尤其是一类曲率大半径小的弧形构件,将传感器埋入待测构件中受外力作用两者同步变形,可精确测量应力应变。本发明专利技术的光纤光栅传感器具有机械强度高、耐腐蚀性强的特点,可应用于不同的工程环境,使用寿命长。

Optical fiber grating sensor for measuring deformation of arc component and measuring method thereof

The invention discloses a method for deformation measurement of arc component of fiber grating sensor and its measurement method, the fiber grating sensor is arc, including fiber grating and coated outside the protective material; the protective material is a plastic resin based composite materials, with special mould, through one-time injection molding process can be made with arc sensor the shape of component to be measured is consistent. For all kinds of arc component, especially a kind of arc component with big curvature and small radius, the sensor is embedded into the component to be measured, and they are synchronously deformed by external force, so that the stress and strain can be measured accurately. The optical fiber grating sensor of the invention has the characteristics of high mechanical strength and strong corrosion resistance, and can be applied to different engineering environments and has long service life.

【技术实现步骤摘要】
一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器及其测量方法
本专利技术涉及光纤光栅传感
,尤其涉及一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器及其测量方法。
技术介绍
随着我国经济建设步伐的不断加快,在不断完善城市及周边乡镇基础公共设施建设、房屋建设等的过程中,各类管道、涵洞及隧道等曲面工程构件越来越常见。这些曲面工程结构作为大型土木工程的关键部位,其受力情况十分复杂。且它们的受力情况直接关系着工程建筑的安全,因此实时监测其应力应变显得尤为重要。由于裸光纤光栅比较脆弱,在恶劣工作环境中非常容易破坏,因此,需要将光纤光栅用钢片、合金套管等机械强度高的材料进行封装保护后才能投入使用。受封装材料的限制,光纤光栅传感器的外观通常为直线型,仅能用于测量如大型拱桥、孤形梁等半径大曲率小的孤形结构的切向应力应变,而对于如排水管道、地铁隧道等半径小曲率大的工程构件,由于被测构件与光纤光栅传感器形状不同,受同等外力作用产生的应变亦不同,这样就极大地影响了测量的精准度。将多个电阻应变片沿环向粘贴可用于检测环形构件的受力情况,但是这种以电信号为传导方式的技术抗外界电磁干扰能力差,且应变片长期暴露于各类复杂工程环境中,使用寿命十分有限。综上,现有技术难以实现弧形曲面构件应力应变的测定,因此,本专利技术基于现有的光纤光栅光学传感元件及上述
技术介绍
的不足之处,意在提供一种能够测量弧形曲面构件应力应变的光纤光栅传感器。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术提供了一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器,实现对于具有弧形曲面构建筑设施的全方位安全监控,提高建筑设施的后期监测力度和安全系数。本专利技术采用的技术手段如下:一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器,包括光纤光栅和包覆在外的保护材料,所述光纤光栅传感器呈弧状。进一步的,制备所述保护材料包括以下原料:不饱和聚酯树脂、石英砂、玄武岩纤维、固化剂和促进剂。进一步的,所述石英砂的粒径为75μm以下,所述玄武岩纤维的长度为5~7mm、直径为14~18um。进一步的,各原料重量份为:不饱和聚酯树脂100份、石英砂20~40份、固化剂1~2.5份、促进剂0.5~1.25份;玄武岩纤维体积掺量为0.2~0.8%。进一步的,所述不饱和聚酯树脂替换为环氧树脂;各原料重量份为:环氧树脂100份、石英砂30份、固化剂80份、促进剂1份;玄武岩纤维体积掺量为0.6%。进一步的,所述玄武岩纤维替换为碳纤维。进一步的,所述的测量弧形构件变形的光纤光栅传感器,采用注塑成型制成,具体包括以下步骤:S1、将不饱和聚酯树脂、石英砂、玄武岩纤维、促进剂加入搅拌机中常温搅拌35~45min,制成胶液;S2、在胶液中加入固化剂,继续搅拌5~8min,得到均匀的注塑液,封存;S3、使用模具包括直径为10~20mm、长度为10~20cm可弯曲圆管型外模以及与待测构件形状一致的预制内模;将外模弯曲成待测构件的弧形形状,并固定于光滑平面上;将光纤光栅预浸湿一层注塑液,粘贴于内模一侧,完成固化后,紧密贴合外模放置其内,封闭模具两端,并留出注塑口,用注射枪缓慢匀速地将注塑液从注塑口注入模具内,即完成注塑;S4、封闭注射口,将完成注塑的样品于常温固化25~35min,后脱去外模,即得到与待测构件弧形形状相同的光纤光栅传感器。进一步的,所述外模的直径为16mm,长度为15cm。本专利技术的光纤光栅传感器可应用于弧形大型混凝土构件变形的测量。本专利技术还提供一种弧形构件变形的测量方法,使用本专利技术所述的光纤光栅传感器,其形状与待测构件一致,将所述光纤光栅传感器埋设于待测构件内部,当待测物体受力产生形变时,与之紧密贴合的光纤光栅传感器也相应产生形变,导致输出信号变动,即对待测构件的变形进行测量,从而实现全方位、实时监控被测物体的应力应变。本专利技术的有益效果,本专利技术提供了一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器及其测量方法。本专利技术使用可塑性树脂基复合材料作为光纤光栅传感器保护材料,采用注塑成型,制得的光纤光栅传感器与弧形待测构件的形状一致。将传感器埋入待测构件内部,当待测物体受力产生形变时,与之紧密贴合的光纤光栅传感器也产生相同的形变,保证了测量的精准度。同时,可根据待测构件的曲率调整成型模具形状,制成的传感器不仅能测量大型拱桥、孤形梁等半径大曲率小的孤形结构的切向应力应变,也能测量对于如排水管道、地铁隧道等半径小曲率大的工程构件。本专利技术对于实现对具有弧形曲面结构建筑设施的全方位安全监控,提高建筑设施的后期监测力度和安全系数具有重要的现实意义。而且本专利技术的传感器具有机械强度高、耐腐蚀性强的特点,可应用于不同的工程环境,使用寿命长。附图说明图1为本专利技术的一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器的结构示意图;图2为本专利技术的所述光纤光栅传感器在曲面构件中的示意图;图中:1、保护材料,2、光纤光栅,3、光纤光栅传感器,4、曲面构件。具体实施方式以下对本专利技术的原理和特征进行描述,所举实施例只用于解释本专利技术,并非用于限定本专利技术的范围。实施例1一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器,包括光纤光栅2和包覆在外的保护材料1,所述光纤光栅传感器3呈弧状,所述保护材料1表面上布设有凹槽花纹;制备所述保护材料包括以下原料:不饱和聚酯树脂、石英砂、玄武岩纤维、固化剂和促进剂;各原料重量份为:不饱和聚酯树脂100份、石英砂20份、固化剂1份、促进剂0.5份;玄武岩纤维体积为不饱和聚酯树脂体积的0.2%;所述石英砂的粒径为75μm;所述玄武岩纤维的长度为5mm、直径为14um。实施例2一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器,包括光纤光栅2和包覆在外的保护材料1,所述光纤光栅传感器3呈弧状,所述保护材料1表面上布设有凹槽花纹;制备所述保护材料包括以下原料:不饱和聚酯树脂、石英砂、玄武岩纤维、固化剂和促进剂;各原料重量份为:不饱和聚酯树脂100份、石英砂40份、固化剂2.5份、促进剂1.25份;玄武岩纤维体积为不饱和聚酯树脂体积的0.6%;所述石英砂的粒径为60μm;所述玄武岩纤维的长度为7mm、直径为18um。实施例3一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器,包括光纤光栅2和包覆在外的保护材料1,所述光纤光栅传感器3呈弧状,所述保护材料1表面上布设有凹槽花纹;制备所述保护材料包括以下原料:不饱和聚酯树脂、石英砂、玄武岩纤维、固化剂和促进剂;各原料重量份为:不饱和聚酯树脂100份、石英砂30份、固化剂2份、促进剂1份;玄武岩纤维体积为不饱和聚酯树脂体积的0.6%;所述石英砂的粒径为50μm;所述玄武岩纤维的长度为6mm、直径为16um。上述实施例1~3中任一实施例中的光纤光栅传感器的制备方法包括以下步骤:S1、将不饱和聚酯树脂、石英砂、玄武岩纤维、促进剂加入搅拌机中常温搅拌40min,制成胶液;S2、在胶液中加入固化剂,继续搅拌5min,得到均匀的注塑液,封存;S3、使用模具包括直径为15mm、长度为16cm的可弯曲圆管型外模及与待测构件形状一致的预制内模。将外模弯曲成待测构件的弧形形状,并固定于光滑平面上;将光纤光栅预浸湿一层注塑液,粘贴于内模一侧,完成固化后,紧密贴合外模放置其内,封闭模具两端,并留出注塑口,用注射枪缓慢匀速地将注塑液从注塑口注入模具内,即完成注塑;S4、封闭注射口,将完成注塑的样品于常温固化30min,后本文档来自技高网...
一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器及其测量方法

【技术保护点】
一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器,其特征在于,包括光纤光栅和包覆在外的保护材料,所述光纤光栅传感器呈弧状。

【技术特征摘要】
1.一种测量弧形构件变形的光纤光栅传感器,其特征在于,包括光纤光栅和包覆在外的保护材料,所述光纤光栅传感器呈弧状。2.根据权利要求1所述的测量弧形构件变形的光纤光栅传感器,其特征在于,制备所述保护材料包括以下原料:不饱和聚酯树脂、石英砂、玄武岩纤维、固化剂和促进剂。3.根据权利要求2所述的测量弧形构件变形的光纤光栅传感器,其特征在于,所述石英砂的粒径为75μm以下,所述玄武岩纤维的长度为5~7mm、直径为14~18um。4.根据权利要求3所述的测量弧形构件变形的光纤光栅传感器,其特征在于,各原料重量份为:不饱和聚酯树脂100份、石英砂20~40份、固化剂1~2.5份、促进剂0.5~1.25份;玄武岩纤维体积掺量为0.2~0.6%。5.根据权利要求4所述的测量弧形构件变形的光纤光栅传感器,其特征在于,所述不饱和聚酯树脂替换为环氧树脂;各原料重量份为:环氧树脂100份、石英砂30份、固化剂80份、促进剂1份;玄武岩纤维体积掺量为0.6%。6.根据权利要求2所述的测量弧形构件变形的光纤光栅传感器,其特征在于,所述玄武岩纤维替换为碳纤维。7.根据权利要求2所述的测量弧形构件变形的光纤光栅传感器,其特征在于,采用注塑成型制成,具体包括以下步骤:...

【专利技术属性】
技术研发人员:毛若卿陈宏哲王登科张晓乔严婉王亚婕宋兴乐胡俊鹏王腾
申请(专利权)人:海南瑞泽新材料研究院有限公司
类型:发明
国别省市:海南,46

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