基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，包括：在直角三维坐标系的三个平面上分别放置中心重合的三个应变椭圆环，所述每一个应变椭圆环包括椭圆环和应变敏感径向梁，所述应变敏感径向梁与应变椭圆环连接，所述应变敏感径向梁表面敷设光纤光栅，所述光纤尾纤从应变敏感径向梁一端的锚固口引出。本发明专利技术有益效果：通过椭圆环及承载梁一体化结构实现光纤光栅的内部封装，利用椭圆应变环实现三个方向不同应变的传递，既能实现应变的测量，又能分辨出应变的方向，并且该传感器体积较小，易实现较小空间三维应变的同时测量。

【技术实现步骤摘要】
基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器
本专利技术属于光纤传感
，特别涉及一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器。
技术介绍
光纤光栅传感器具有尺寸小，重量轻，抗电磁干扰，复用性好等其它类型传感器不具备的优点，近年来光纤光栅传感器得到了广泛应用。光纤光栅应变传感器在航空航天、大型机电设备，桥梁建筑等各个工程领域广泛应用并发挥了重要作用。如李向华通过光纤光栅实现了三维编织复合材料结构的内应力测量；CarlosRodrigues通过表贴式光纤光栅应变计实现了桥梁结构服役期应变的测量。在光纤光栅三维应变测量方面，中国专利CN102175366A通过三个光纤光栅传感器在基体材料三维方向的垂直放置实现了岩石三维应力状态的测量，但该应力测量方式本身需要黏贴多个传感器，并且传感器粘贴于岩石基体外表面，对传感器没有采取有效地的保护措施，埋设传感器时不可避免地对其造成损害。近年来，光纤光栅应变传感器得到了良好的发展，但是三维应变传感器的研究和应用很少报道。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，该传感器通过椭圆环及承载梁一体化结构实现光纤光栅的内部封装，利用椭圆应变环实现三个方向不同应变的传递，既能实现应变的测量，又能分辨出应变的方向，并且该传感器体积较小，易实现较小空间三维应变的同时测量。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，包括：在三维直角坐标系的三个互相垂直的平面上分别放置中心重合的三个应变椭圆环，所述每一个应变椭圆环包括椭圆环和应变敏感径向梁，所述应变敏感径向梁与应变椭圆环锚固连接，所述应变敏感径向梁表面敷设光纤光栅，所述光纤尾纤从应变敏感径向梁一端的锚固口引出。所述应变敏感径向梁与应变椭圆环所在的平面平行。所述三个应变椭圆环的尺寸各不相同，以实现中心重合的三个应变椭圆环的相互垂直放置。所述每一个应变敏感径向梁上敷设的光纤光栅引出后串联连接。所述应变椭圆环的径向厚度及椭圆环厚度可调，三维应变传感器的测量应力范围通过调节应变椭圆环的径向厚度以及椭圆环厚度实现。所述应变敏感径向梁选择碳纤维板作为基体，光纤光栅通过α-氰基丙烯酸乙酯与应变敏感梁相连，所述三个应变椭圆环选用的三根光纤光栅的中心波长不同，防止光纤光栅串联后波长相互干扰影响测量结果。所述光纤尾纤从应变椭圆环的一端引出后，光纤尾纤通过光分路器与光源及波长解调设备连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于椭圆圆环的光纤光栅三维应变传感器，以光纤光栅作为核心敏感元件，利用中心重合且相互垂直的三个椭圆环实现三维应变的传递，通过三个应变矢量的叠加实现三维应变的测量。通过椭圆环及承载梁一体化结构实现光纤光栅的内部封装，利用椭圆应变环实现三个方向不同应变的传递，既能实现应变的测量，又能分辨出应变的方向，并且该传感器体积较小，易实现较小空间三维应变的同时测量。附图说明图1为三维应变传感器的三维结构示意图；图2为应变椭圆环的主视图；图3为应变椭圆环的应变敏感径向梁示意图；图4为固定外界应力作用下，应变椭圆环径向厚度与应变的对应关系。其中，1.应变椭圆环一，2.应变椭圆环二，3.应变椭圆环三，4.应变椭圆环的应变敏感径向梁，5.光纤光栅，6.光纤尾纤，7.光源，8.光纤解调设备。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术做进一步说明：本专利技术涉及的基于椭圆圆环的光纤光栅三维应变传感器如图1所示。该传感器主要包括中心重合且相互垂直的三个应变椭圆环。如图2和图3所示，应变椭圆环包括径向厚度及厚度可调的椭圆环及表面敷设光纤光栅5的应变敏感径向梁4，三个应变敏感径向梁4分别与坐标系的x，y，z坐标轴平行，光纤尾纤6从应变椭圆环的应变敏感径向梁4一端的锚固口引出与光源7及波长解调设备8连接。应变椭圆环的应变敏感径向梁4以选择碳纤维板作为基体，选用α-氰基丙烯酸乙酯作为光纤光栅5和应变梁的粘合剂。为避免光纤光栅5串联后波长相关干扰影响测量测量结果的准确性，应变椭圆环所选用的光纤光栅5中心波长不同。应变椭圆环的径向厚度及椭圆环厚度可调，三维应变传感器的测量应力范围通过调节应变椭圆环的径向厚度以及椭圆环厚度实现。固定外界应力作用下，应变椭圆环径向厚度与应变的对应关系如图4所示。传感器测量原理进一步说明如下：当外界应力作用于应变椭圆环一1时，应变椭圆环的应变敏感径向梁4受到外界应力的影响产生应变，进而改变光纤光栅5的中心波长。通过光纤波长解调设备8解调光纤光栅中心波长的变化，从而测得对应椭圆环一1所在方向外界应力的应变值ε1。同理，应变椭圆环二2和应变椭圆环三3测量其所在方向的应变值为ε2，ε3。由于应变椭圆环所测得的应变具有方向性，通过矢量的叠加可得传感器所处三维空间内的应变值。上述虽然结合附图对本专利技术的具体实施方式进行了描述，但并非对本专利技术保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本专利技术的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本专利技术的保护范围以内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，其特征是，包括：在三维坐标系的三个平面上分别放置中心重合的三个应变椭圆环，所述每一个应变椭圆环包括椭圆环和应变敏感径向梁，所述应变敏感径向梁与应变椭圆环锚固连接，所述应变敏感径向梁表面敷设光纤光栅，所述光纤尾纤从应变敏感径向梁一端的锚固口引出。

【技术特征摘要】
1.一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，其特征是，包括：在三维坐标系的三个平面上分别放置中心重合的三个应变椭圆环，所述每一个应变椭圆环包括椭圆环和应变敏感径向梁，所述应变敏感径向梁与应变椭圆环锚固连接，所述应变敏感径向梁表面敷设光纤光栅，所述光纤尾纤从应变敏感径向梁一端的锚固口引出。2.如权利要求1所述的一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，其特征是，所述应变敏感径向梁与应变椭圆环所在的平面平行。3.如权利要求1所述的一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，其特征是，所述三个应变椭圆环的尺寸各不相同以实现中心重合的三个椭圆环的相互垂直放置。4.如权利要求1所述的一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，其特征是，所述每一个应变敏...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，蒋善超，隋青美，李亦佳，田长彬，向力为，贾磊，曹玉强，
申请(专利权)人：山东大学，盐城工学院，
类型：发明
国别省市：山东,37