一种多维光纤光栅应变传感器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种多维光纤光栅应变传感器及其制作方法，在圆筒表面刻有14条凹槽，其中，有三条凹槽沿圆筒轴向互成120

【技术实现步骤摘要】
一种多维光纤光栅应变传感器及其制作方法


[0001]本专利技术属于光纤光栅传感
，尤其涉及一种多维光纤光栅应变传感器及其制作方法。

技术介绍

[0002]光纤光栅传感器具有耐腐蚀，抗地下水和电磁干扰，不受信号强弱和衰减的影响，具有大规模，网络化，远程，长久检测的技术特点。同时可以应用在矿山，水电，交通等地下隧洞和边坡岩体工程多维扰动应力检测。如应用岩体工程中，由于岩石工程所赋存的地质环境和应力条件复杂,大规模工程建设过程中发生的塌方,滑坡和岩爆灾害是严重影响工程施工安全和运行的最关键因素,工程失事常造成施工设备损坏和重大人员伤亡事故。所以有效的传感器可以精确的反应出岩体中应力的变化，从而进行控制与预测。由于一些单一的传感器，测量范围小，精度不高，所以不能有效地反应出岩体中应力的变化。有的光纤光栅传感器需要直接粘贴在被测物体上，这对被测物体的表面要求高，而且传感器不能被重复应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种多维光纤光栅应变传感器及其制作方法，可以精确复杂反应环境中的应力变化。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多维光纤光栅应变传感器，带有9个中心波长不同的光纤光栅的光纤，在圆筒表面凹槽中缠绕，形成在圆筒0
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、120
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和240
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三个方位角位置上的三个应变花，形成用于9个不同方向应变测量的光纤光栅多维应变传感器。能够有效地对物体进行九个不同方向上应力的检测。
>[0005]按上述技术方案，在圆筒表面刻有14条凹槽，其中，有三条直线凹槽，沿圆筒轴向互成120
°
角，分别为凹槽一、凹槽二(轴向直线槽)、凹槽三；螺线形凹槽一和螺线形凹槽二分别按顺时针和逆时针两个方向在圆筒上缠绕；通过螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的每个交叉点有横向直线槽环绕在圆筒表面。
[0006]按上述技术方案，圆筒表面14条凹槽的尺寸为深度0.3mm～1mm、宽度1mm～1.5mm。
[0007]按上述技术方案，螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的螺距分别约为半径的2.18倍和1.09倍，圆筒半径5.5cm选取的螺距是120mm和60mm。
[0008]按上述技术方案，螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的每个交叉点的横向直线槽共有9条，螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的起点与凹槽二的起点重合。凹槽起到保护和固定光纤光栅的作用。
[0009]本专利技术还提供一种多维光纤光栅应变传感器的制作方法，该方法包括以下步骤，步骤一：在圆筒表面刻有14条深度0.5mm、宽度1mm的凹槽，其中，有三条凹槽沿圆筒轴向互成120
°
角，记为凹槽一、凹槽二、凹槽三；螺线形凹槽一和螺线形凹槽二分别按顺时针和逆时针两个方向在圆筒上缠绕，螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的起点与凹槽二的起点重合；
通过螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的每个交叉点有横向直线槽环绕在圆筒表面；步骤二：在圆筒上标注9个传感器的位置，形成在圆筒0
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、120
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和240
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三个方位角位置上的三个应变花，每个方位的应变花上由三个光纤光栅组成；步骤三：使用光纤进行缠绕，光纤弯折角度在120度到180度之间，沿着凹槽的120
°
角或是180
°
角进行绕纤；步骤四：然后胶封，钢管固定形成多维光纤光栅应变传感器。
[0010]按上述技术方案，螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的螺距分别为120mm和60mm。
[0011]本专利技术产生的有益效果是：用一根带有9个中心波长不同的光纤光栅的光纤，在圆筒表面凹槽中缠绕，形成在圆筒0
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、120
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和240
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三个方位角位置上的三个应变花，制成用于9个不同方向应变测量的光纤光栅多维应变传感器。该传感器能够有效地对物体进行九个不同方向上应力的检测，按照本专利技术提出方法缠绕后可以保护光纤，减少光栅的损坏；光栅串的进出口是一端，便于观察与操作；一根光纤的上面带有九个光纤光栅，使得光栅串从一个出口传播信号，减少了操作步骤，也减少了整个系统的成本；能够有效实时地检测与分析，大大提高了传感器的检测范围与效果。
附图说明
[0012]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0013]图1为本专利技术实施例中圆筒的三维平面分布示意图一；
[0014]图2为本专利技术实施例中圆筒的三维平面分布示意图二；
[0015]图3为本专利技术实施例中圆筒的三维平面分布示意图三；
[0016]图4为本专利技术实施例中圆筒的直线凹槽分布示意图；
[0017]图5为本专利技术实施例中D附近三个光栅的方向与位置；
[0018]图6为本专利技术实施例中E附近三个光栅的方向与位置；
[0019]图7为本专利技术实施例中F附近三个光栅的方向与位置；
[0020]图8为本专利技术实施例中一根光纤上九个光栅的示意图。
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0022]实施例一：
[0023]如图1-图4所示，本专利技术实施例多维光纤光栅应变传感器中，带有9个中心波长不同的光纤光栅的光纤，在圆筒表面凹槽中缠绕，形成在圆筒0
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、120
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和240
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三个方位角位置上的三个应变花，形成用于9个不同方向应变测量的光纤光栅多维应变传感器。能够有效地对物体进行九个不同方向上应力的检测。在圆筒表面刻有14条凹槽，其中，有三条直线凹槽，沿圆筒轴向互成120
°
角，分别为凹槽一10、凹槽二11(轴向直线槽)、凹槽三12；螺线形凹槽一13和螺线形凹槽二14分别按顺时针和逆时针两个方向在圆筒上缠绕，螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的起点与凹槽二11的起点重合；通过螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的每个交叉点有横向直线槽环绕在圆筒表面。圆筒表面14条凹槽的尺寸为深度0.5mm、宽度1mm。螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的螺距分别为120mm和60mm。螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的每
个交叉点的横向直线槽共有9条，从前至后依次为1-9。凹槽起到保护和固定光纤光栅的作用。
[0024]实施例二：
[0025]提供一种多维光纤光栅应变传感器的方法，该方法包括以下步骤，步骤一：在圆筒表面刻有14条深度0.5mm、宽度1mm的凹槽，其中，有三条凹槽沿圆筒轴向互成120
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角，记为凹槽一10、凹槽二11、凹槽三12；螺线形凹槽一13和螺线形凹槽二14分别按顺时针和逆时针两个方向在圆筒上缠绕，螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的起点与凹槽二11的起点重合；螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的螺距分别为120mm和60mm。通过螺线形凹槽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多维光纤光栅应变传感器，其特征在于，带有9个中心波长不同的光纤光栅的光纤，在圆筒表面凹槽中缠绕，形成在圆筒0
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、120
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和240
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三个方位角位置上的三个应变花，形成用于9个不同方向应变测量的光纤光栅多维应变传感器。2.根据权利要求1所述的多维光纤光栅应变传感器，其特征在于，在圆筒表面刻有14条凹槽，其中，有三条直线凹槽，沿圆筒轴向互成120
°
角，分别为凹槽一、凹槽二、凹槽三；螺线形凹槽一和螺线形凹槽二分别按顺时针和逆时针两个方向在圆筒上缠绕；通过螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的每个交叉点有横向直线槽环绕在圆筒表面。3.根据权利要求2所述的多维光纤光栅应变传感器，其特征在于，圆筒表面14条凹槽的尺寸为深度0.3mm～1mm、宽度1mm～1.5mm。4.根据权利要求2或3所述的多维光纤光栅应变传感器，其特征在于，螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的螺距分别约为半径的2.18倍和1.09倍，圆筒半径5.5cm选取的螺距是120mm和60mm。5.根据权利要求2或3所述的多维光纤光栅应变传感器，其特征在于，螺线形凹槽一和螺线形凹槽二的每个交叉点的横向直线槽共有9条，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东生，张梦凡，李立彤，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：