一种光纤光栅应变传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种光纤光栅应变传感器，包括：弓弦式弹性折线组件、光纤光栅和端座；所述弓弦式弹性折线组件由两片上下对称放置的弓弦式弹性折线元件组成，且所述弓弦式弹性折线组件的两端分别固定在端座上；所述光纤光栅位于所述两片弓弦式弹性折线元件之间，且固定于弓弦式弹性折线组件的两端；所述弓弦式弹性折线元件具有至少一个折弯部，所述折弯部在受到轴向应力时将产生伸缩。通过使用上述的光纤光栅应变传感器，使得可根据实际情况灵活地调节该光纤光栅应变传感器的测试范围，从而可适应多种应用环境；并可在安装后对该光纤光栅应变传感器的零点波长进行调节，因此也避免了因安装而引起的零点波长漂移的问题。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光纤光栅传感
，尤其是指一种光纤光栅应变传感器。
技术介绍
光纤光栅传感技术是一种重要的传感技术，使用该技术可对结构的应变和 温度等进行高分辨率和大范围的分布式测量，因此该技术已被广泛地应用于航 空航天器和船舶的结构检测、建筑结构的监测、复合材料固化监测、地震检测 等领域。光纤光栅传感器的基本原理是在光纤纤芯内形成空间相位光栅，当该光 纤光栅所在的区域的温度、应变或应力等物理量发生变化时，该光纤光栅的调 制周期将相应地发生变化，因此被该光纤光栅反射的光所产生的衍射条紋也将 发生变化，从而导致该光纤光栅的布拉格(Bragg)波长发生变化。通过对上述 Bmgg波长变化情况的检测，即可获得该光纤光栅所在区域内相应的温度、应 变或应力的信息。在现有技术中，传统的光纤光栅应变传感器的测试范围一般比较固定，无 法根据实际情况进行调节。例如，当传统的光纤光栅应变传感器的测试范围被 设定为0~3000微应变((ie)的正应变时，该光纤光栅应变传感器将无法测量 负应变(例如，-1500~0|is);而且，传统的光纤光栅应变传感器在安装后无 法对预先调整的零点波长进行调节，因此无法避免因安装而引起的零点波长漂 移问题。
技术实现思路
有鉴于此，本技术实施例的主要目的在于提供一种光纤光栅应变传感器，从而可对光纤光栅应变传感器的测试范围以及零点波长进行调节。为达到上述目的，本技术实施例中的技术方案是这样实现的 本技术提供了一种光纤光栅应变传感器，所述光纤光栅应变传感器包 括弓弦式弹性折线组件、光纤光栅和端座；弹性折线元件组成，且每个所述弓弦式弹性折线元件均具有至少一个折弯部； 所述折弯部在受到沿传感器轴线方向的轴向应力时将产生形变；所述两个弓弦式弹性折线元件的折弯部相背扣合在一起，使得两个弓弦式 弹性折线元件的两端相接触；所述光纤光栅沿传感器轴线方向被夹持于所述两个弓弦式弹性折线元件之 间，其两端分别固定于所述弓弦式弹性折线元件的两端；所述每个弓弦式弹性 折线元件的两端均分别固定在所述端座上。综上可知，本技术提供了一种光纤光栅应变传感器。由于该光纤光栅 应变传感器具有弓弦式弹性折线组件，且该弓弦式弹性折线组件可根据轴向应 力收缩或伸长，因此该光纤光栅应变传感器的测试范围可根据实际情况进行灵 活地调节，即可测试负应变又可测试正应变，/人而可适应多种应用环境；同时， 由于该光纤光栅应变传感器的零点波长可在安装后进行调节，因此也避免了因 安装而引起的零点波长漂移的问题。附图说明图1为本技术第一实施例中光纤光栅应变传感器的结构示意图。 图2为本技术第二实施例中光纤光栅应变传感器的结构示意图。 图3为本技术第三实施例中光纤光栅应变传感器的结构示意图。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例对本技术作进一步详细地说明。图1为本技术中光纤光栅应变传感器的结构示意图。如图l所示，本技术中的光纤光栅应变传感器包括弓弦式弹性折线组件l、光纤光 栅2、端座4和外壳5，图1中的水平方向为传感器轴线方向。其中，上述 弓弦式弹性折线组件1由两个沿传感器轴线方向上下对称放置的弓弦式弹 性折线元件IO组成，每个弓弦式弹性折线元件IO均具有两个形状尺寸完全 相同的折弯部11,相邻折弯部11之间相邻两边的末端沿传感器轴线方向延 展形成水平面接触部12，两个弓弦式弹性折线元件10通过所述折弯部11 之间的水平面接触部12相接触；将上述两个弓弦式弹性折线元件IO的折弯 部ll相背扣合在一起，使得两个弓弦式弹性折线元件IO的两端相接触，且 两个弓弦式弹性折线元件IO的水平面接触部12沿传感器轴线方向对齐后相 接触，在每个弓弦式弹性折线元件10的水平面接触部12分别设置相对的沿 传感器轴线方向的通槽，该两个通槽形成一通孔3，光纤光栅2穿过上述的 通孔3,沿传感器轴线方向被夹持于所述两个弓弦式弹性折线元件IO之间， 并分别固定于弓弦式弹性折线元件IO的两端；上述弓弦式弹性折线元件10 的两端分别固定在端座4上；外壳5用于保护光纤光栅应变传感器，该外壳 5与上述弓弦式弹性折线元件的折弯部11之间具有空隙，该空隙使得当上 述折弯部ll发生形变时，该折弯部11也不与外壳5发生接触。当上述弓弦 式弹性折线组件1受到沿传感器轴线方向的轴向应力时，该弓弦式弹性折线 组件1的折弯部11将产生形变，即当上述弓弦式弹性折线组件1受到沿传 感器轴线方向向内的轴向应力时，每个折弯部11的两边所夹的角度都将相 应变小，从而使得整个弓弦式弹性折线组件l发生收缩，而当上述弓弦式弹 性折线组件受到沿传感器轴线方向向外的轴向应力时，每个折弯部11的两 边所夹的角度都将相应变大，从而使得整个弓弦式弹性折线组件1发生伸 长；此外，每个折弯部11的两边所夹的角度为钝角，折弯部11的两边在不 受轴向应力时所夹的钝角a的角度可根据实际情况预先设定，较佳的，该钝 角oc满足条件120°《a《150° ;两个弓弦式弹性折线元件11的两端相 接触的部分的长度以及每个弓弦式弹性折线元件11的水平面接触部12的长 度也可根据实际情况预先设定。上述弓弦式弹性折线组件1与端座4的固定方式可以是使用焊接方式进 行固定或使用螺栓进行固定；上述光纤光栅2与弓弦式弹性折线组件1的固 定方式可以是使用非胶封装的方式(例如，焊接方式)进行固定或使用胶封 装的方式进行固定。上述光纤光栅应变传感器的安装过程极为简便，例如，可先将安装底座 焊接在被测物体上(图1中未示出)，再将上述光纤光栅应变传感器固定在 上述安装底座上。通过调节光纤光栅应变传感器的端座4，使得弓弦式弹性 折线组件1被拉伸或收缩，由于光纤光栅2固定在弓弦式弹性折线组件1的 两端，所以光纤光栅2也同时被拉伸或收缩，其Bragg波长将发生相应的变 化，因此可根据实际需要调节光纤光栅应变传感器的初始波长的位置，然后 再将上述光纤光栅应变传感器固定，完成安装。在安装完成后，由于端座4与弓弦式弹性折线组件l之间是刚性连接， 而光纤光栅2固定于弓弦式弹性折线组件1的两端，因此当光纤光栅应变传 感器受到轴向应力作用时，弓弦式弹性折线组件1将产生收缩或伸长，使得 光纤光栅2也随之收缩或伸长，引起光纤光栅2中的波长和有效折射率发生 变化，因此光纤光栅2所反射的光信号的中心波长将发生变化；然后，可根 据该中心波长的漂移情况获知应力的变化情况，从而实现了对应力变化的监 测。在本技术的实施例中，可通过调整上述光纤光栅应变传感器的预拉 伸量，将其初始中心波长调节到所需的位置，从而调整该光纤光栅应变传感 器的测量范围。例如1) 当上述光纤光栅应变传感器所需的测量范围为0 3000 ns时，此时 所测量的应力变化为正应力，则将该光纤光栅应变传感器调整到初始中心波 长(即零点波长)即可；因此，可不对该光纤光栅应变传感器进行预拉伸。2) 当上述光纤光^)^应变传感器所需的测量范围为-1500- 1500 ps时， 则可将该光纤光栅应变传感器预拉1500 |is后再固定于^皮测物体(或固定于 被测物体上的安装底座)上，相当于将该光纤光栅应变传感器的初始中心波长从0调整到-1500 ps。当该光纤光栅应变传感器受到轴向的负应力(即向内的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述光纤光栅应变传感器包括：弓弦式弹性折线组件、光纤光栅和端座；　所述弓弦式弹性折线组件由两个沿传感器轴线方向上下对称放置的弓弦式弹性折线元件组成，且每个所述弓弦式弹性折线元件均具有至少一个折弯部； 所述折弯部在受到沿传感器轴线方向的轴向应力时将产生形变；　所述两个弓弦式弹性折线元件的折弯部相背扣合在一起，使得两个弓弦式弹性折线元件的两端相接触；　所述光纤光栅沿传感器轴线方向被夹持于所述两个弓弦式弹性折线元件之间，其两端分别 固定于所述弓弦式弹性折线元件的两端；所述每个弓弦式弹性折线元件的两端均分别固定在所述端座上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹春耕，弓俊青，郭春红，惠云玲，郑云，
申请(专利权)人：上海森首光电科技有限公司，中冶建筑研究总院有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]