光纤光栅拉力传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种光纤光栅拉力传感器，其特征在于，所述光纤光栅拉力传感器包括弹性基体和应变光纤光栅，所述应变光纤光栅沿着弹性基体的受力方向设置在所述弹性基体上，应变光纤光栅刻栅区整体地固定在所述弹性基体上。本发明专利技术还涉及一种柔性被动防护网，所述柔性被动防护网的支撑绳上安装有所述光纤光栅拉力传感器。

【技术实现步骤摘要】
光纤光栅拉力传感器
本专利技术涉及光纤传感技术，特别涉及一种光纤光栅拉力传感器，其可适用于拉力检测，尤其用于柔性被动防护网下支撑绳的拉力监测。
技术介绍
高速公路、铁路和大型的水电站建设都将面临大量的边坡治理和防护问题，因此边坡柔性防护技术在我国已经得到了广泛的推广及应用，特别是柔性被动防护网在我国已经开始了大规模的基础设施建设。柔性被动防护网根据系统能级设计，不同的能级防护性能有所区别，且由于防护网长期工作在环境恶劣的边远山区，随着工作时间的增加，系统的安全性都会不同程度的有所降低。因此需要一种安全可靠的传感技术来实时监控柔性被动防护网的安全状态，以便及时报警。光纤光栅传感技术相较于传统的传感技术而言,具有不受电磁干扰、现场无需供电、长期可靠性和稳定性好，传输距离远等优点，特别适用于铁路无人区、无电区等恶劣环境下的长期稳定工作。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种克服现有技术的不足并且符合经济高效需求的用于柔性被动防护网的智能监测的光纤光栅拉力传感器。根据本专利技术的一个方面，提供了 一种光纤光栅拉力传感器，该传感器包括弹性基体和应变光纤光栅，所述应变光纤光栅沿着弹性基体的受力方向设置在所述弹性基体上，应变光纤光栅刻栅区整体地固定在所述弹性基体上。本专利技术提供的光纤光栅拉力传感器具有结构简单、成本低、安装方便、可靠性和稳定性高的特点。优选地，所述弹性基体设置有沿着弹性基体的受力方向的封栅槽，应变光纤光栅的刻栅区设置在所述封栅槽内，所述刻栅区的两端被固定至所述封栅槽。将应变光纤光栅的刻栅区嵌入所述封栅槽中，使得在受到外界冲击时，不会由于传感器的振动而导致所述应变光纤光栅的横向振动，避免了由于直接对传感器的横向冲击所形成的损坏。优选地，所述弹性基体包括变形区，所述变形区的与所述受力方向垂直的横向截面小于弹性基体其他部分的与所述受力方向垂直的横向截面。所述弹性基体优选地由弹性金属材料制成。优选地，所述弹性基体包括沿着弹性基体的受力方向依次设置在所述弹性基体两端的两个安装孔，用于安装至施力装置。优选地，在所述弹性基体上安装有防护外壳，用于保护应变光纤光栅。且优选地，所述防护外壳通过设置在弹性基体上的外壳安装孔安装在所述弹性基体上。优选地，所述光纤光栅拉力传感器还包括“O”型密封圈，所述“O”型密封圈安装在所述防护外壳和所述弹性基体之间用于密封。优选地，所述光纤光栅拉力传感器还包括光纤堵头，所述光纤堵头安装在防护外壳上并以包裹光纤的形式设置，用以保护光纤。可选地，所述光纤光栅拉力传感器还包括室外铠装光缆，所述室外铠装光缆固定在所述光纤堵头上用以保护延伸出所述光纤光栅拉力传感器的光纤。根据本专利技术的另一方面，提供了一种柔性被动防护网，所述柔性被动防护网的下支撑绳上安装有如上所述的光纤光栅拉力传感器。优选地，所述光纤光栅拉力传感器通过卸扣与所述下支撑绳相连接。其中，所述弹性基体为弹性金属材料经过一系列的加工处理完成，其结构特征具有对称性，变形区的横向截面小于弹性基体其他部分的横向截面。所述变形区为应变灵敏区，其包括用于封装光纤光栅的封栅区。所述弹性基体包括左、右安装孔、封栅槽、弹性体、外壳安装孔，封栅槽沿着弹性基体的受力方向通过弹性基体的应变灵敏区。所述光纤光栅拉力传感器通过左、右安装孔用卸扣与外界(诸如绳索、支撑绳等)连接在一起，拉力通过卸扣施加在弹性基体的左、右安装孔上，在左、右安装孔拉力作用下所述弹性基体产生应变，将应变传递给光纤光栅，所述封装在弹性基体上的光纤光栅的特征波长将会产生变化。本专利技术所述的光纤光栅拉力传感器具体的工作原理如下: 1.将光纤光栅沿着弹性基体的受力方向设置，并将光纤光栅刻栅区的两端固定在弹性基体上，例如使光纤光栅刻栅区沿弹性基体上的封栅槽，在刻栅区的两端用胶粘接并固化； 2.将防护外壳安装到弹性基体上，将所述光纤光栅在壳内按照一定轨迹缠绕，并将两端尾纤从外壳穿出。其中，防护外壳与弹性基体之间安装有“O”型密封圈； 3.将光纤堵头拧紧在防护外壳上，并将所述带有室外铠装光缆的光缆接头固定在光纤堵头上，并用光纤熔接机将光纤光栅的尾纤与带有铠装光缆的光纤接头熔接在一起。根据本专利技术的又一方面，提供了一种使用柔性被动防护网的监测方法，其中所述光纤光栅拉力传感器安装在所述柔性被动防护网的下支撑绳上用于监测下支撑绳的拉力变化，从而监测防护网系统的变形的趋势以及是否达到危险程度。优选地，在所述监测方法中，所述光纤光栅拉力传感器通过卸扣与所述下支撑绳相连接。本专利技术与现有技术相比，采用光纤光栅技术克服了传统传感技术抗电磁干扰能力差、现场供电难、长期稳定性和可靠性不理想等技术问题；且相比于现有的光纤光栅拉力传感器，具有结构简单、制作难度低、成本低、光路无损耗、线性度良好等诸多优点，且由于室外铠装光缆可直接用于恶劣的户外环境，无需再额外进行保护，因此有利于光纤传感技术的广泛推广及使用。【附图说明】图1为根据本专利技术实施例的光纤光栅拉力传感器的正面剖视图以及局部放大视图； 图2为根据本专利技术实施例的光纤光栅拉力传感器的俯视图； 图3为根据本专利技术实施例的光纤光栅拉力传感器弹性基体结构的示意图。图中的附图标记表不:1-防护外壳、2-弹性基体、3-应变光纤光栅、4-光纤堵头、5- “O”型密封圈、6-室外铠装光缆、7-左安装孔、8-外壳安装孔、9-右安装孔、10-封栅槽、11-弹性体。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、结构和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术进一步地进行详细描述。参照图1和图2，根据本专利技术实施例，光纤光栅拉力传感器包括防护外壳1、弹性基体2、应变光纤光栅3、光纤堵头4、“O”型密封圈5、室外铠装光缆6。参照图3，根据本专利技术的实施例，光纤光栅拉力传感器弹性基体2包括左安装孔7、外壳安装孔8、右安装孔9、封栅槽10、弹性体11。其中，所述应变光纤光栅3沿着弹性基体2的将要受力的方向设置；并将光纤光栅刻栅区的两端固定在所述弹性基体2上，例如优选地，使光纤光栅刻栅区沿弹性基体2上的封栅槽10嵌入弹性基体2中，刻栅区整体地用胶粘接并固化在弹性基体2的封栅槽10中。如本领域技术人员能够理解的，在初始状态下，光纤光栅的两端可以是不受力的，也可以被预先施加一定拉力。在初始状态下测定光纤光栅的反射峰值作为基准，用于计算光纤光栅传感器投入使用后的受力值。所述光纤光栅拉力传感器通过左安装孔7和右安装孔9与卸扣相连，给所述的弹性体11施加载荷(即，拉力)； 所述防护外壳I通过外壳安装孔8安装在弹性基体2上，起到保护光纤光栅的作用； 所述“O”型密封圈5安装在防护外壳I和弹性基体2之间，起到密封的作用； 所述应变光纤光栅3用胶封装在封栅槽10内，当所述的弹性体11因载荷作用发生拉伸应变时，将应变传递给应变光纤光栅3 ； 所述光纤堵头4安装在防护外壳上I用以保护光纤，还能防止拉扯光纤时不会使其脱出于防护外壳I之外； 所述室外铠装光缆6用压接或者胶粘等方式固定在光纤堵头4上，可直接用于恶劣的户外环境，无需再额外进行保护，因此有利于光纤传感技术的广泛推广及使用。本专利技术所述的光纤光栅拉力传感器可适用于监测柔性被动防护网的支撑绳尤其是下支撑绳的拉力，通过卸扣安装在防护网下支撑绳上，通过监测下支撑绳的拉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光栅拉力传感器，其特征在于，所述光纤光栅拉力传感器包括弹性基体和应变光纤光栅，所述应变光纤光栅沿着弹性基体的受力方向设置在所述弹性基体上，应变光纤光栅刻栅区整体地固定在所述弹性基体上。

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅拉力传感器，其特征在于，所述光纤光栅拉力传感器包括弹性基体和应变光纤光栅，所述应变光纤光栅沿着弹性基体的受力方向设置在所述弹性基体上，应变光纤光栅刻栅区整体地固定在所述弹性基体上。2.根据权利要求1所述的光纤光栅拉力传感器，其中所述弹性基体设置有沿着弹性基体的受力方向的封栅槽，所述应变光纤光栅的刻栅区设置在所述封栅槽内，并且所述刻栅区被整体地固定在所述封栅槽内。3.根据权利要求1所述的光纤光栅拉力传感器，其中所述弹性基体还包括变形区，所述变形区的与所述受力方向垂直的横向截面小于弹性基体其他部分的与所述受力方向垂直的横向截面。4.根据权利要求1所述的光纤光栅拉力传感器，其中所述弹性基体由弹性金属材料制成。5.根据权利要求1所述的光纤光栅拉力传感器，其中所述弹性基体包括沿着弹性基体的受力方向依次设置在所述弹性基体两端的两个安装孔，用于安装至施力装置。6.根据权利要求1所述的光纤光栅拉力传感器，其中在所述弹性基体上安装有防护外壳，用于保护应变光纤光栅。7.根据权利要求6所述的光纤光栅拉力传感器，其中所述防护外壳通过设置在弹性基体上的外壳安装孔安装在所述弹性基体上。8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张植俊，温海宁，刘云飞，曹学光，董坤，翟江兰，钱鸿治，于国瑞，刘单，姜婷，杨小军，仝义安，安恩阳，从宇殊，
申请(专利权)人：同方威视技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11