【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构健康监测，更具体的说是涉及一种用于应变与温度双参量测量的光纤光栅传感器。
技术介绍
1、应变、温度测量对于机械工程、油气勘探、航空航天、地震监测等长期处于振动环境下的监测研究具有重要意义，也是对关键基础设施进行灾害预警和科学管理的重要检测内容，能够实现广泛的工程应用。现有的单一参量测量的检测方式主要利用电磁类传感器，其具有量程大、技术较为成熟等优点，但是电磁类传感器容易受到电磁干扰，并且寿命短、不适用于长期监测。目前，基于光纤布拉格光栅(fiber bragg grating，fbg)传感技术的温度、应变双参量测量是该领域的重要研究方向之一。fbg作为一种光学传感元件，具有体积小、传输损耗低和电磁绝缘等优点，能够在恶劣的环境下替代电磁类传感器，提高远程在线监测的能力。
2、近年来，fbg传感技术不断发展，且fbg的中心波长同时受到应变和温度的影响，所以应变、温度测量一直是研究热点。现有的fbg传感器中，主要有以下几种：基于少模光纤(fmf)和fbg组成的双参量温度应变传感器，由一段单模光纤(smf)通过一段fmf偏移拼接制成，温度灵敏度为-34.3 pm/℃和10.7 pm/℃，应变灵敏度为-2 pm/µε和0.67 pm/µε；具有混合结构的紧凑型光纤传感器，将fbg和温度无关的fp干涉仪相结合，可以实现应变和温度的识别，应变和温度灵敏度分别为2.1 pm/µε和7.82 pm/℃；以fbg为敏感元件的柔性铰链应变传感器，传感器采用桥式位移放大结构，增大被测物体的位移和变形，应变灵敏度为1.887
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种用于应变与温度双参量测量的光纤光栅传感器，解决现有的fbg传感器应变、温度双参量测量性能不足的瓶颈问题，满足振动环境下应变和温度的同时测量。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种用于应变与温度双参量测量的光纤光栅传感器，包括应变传感器、双金属温度传感器、第一fbg和第二fbg；其中，温度传感器包括基底和应变传递梁，应变传递梁设置在基底上，应变传递梁上设置有第一fbg，热膨胀效应引起基底的长度发生变化，通过应变传递梁传递给第一fbg，提高第一fbg的温度灵敏度系数，应变传递梁的距离可调节，适应不同测试环境所需灵敏度；应变传感器为环形，设置在温度传感器的外侧，应变传感器上设置圆形空心孔和柔性铰链，应变传感器的上方柔性铰链处设置有第二fbg。
4、可选的，应变传感器的直径为34mm，第二fbg的两端通过点胶固定。
5、可选的，应变传感器的应变增敏倍数 k为：
6、；
7、式中， lab为应变传感器的直径， δl ab为应变传感器的直径变化量， l cc ，为出fbg点胶固定位置之间的距离， δl cc ，为第二fbg点胶固定位置之间的距离变化量。
8、可选的，温度传感器的结构热膨胀引起的第一fbg应变 ε为：
9、；
10、式中， α1为基底的热膨胀系数， α2为应变传递梁的热膨胀系数， δt为温度变化值， l1为应变传递梁固定点之间的长度， l2为第一fbg传感光纤长度；
11、第一fbg中心波长变化为：
12、；
13、式中， λ b为第一fbg中心波长， δλ b为第一fbg中心波长变化量， p e为光纤弹光系数，为光纤热光系数；
14、第一fbg温度灵敏度系数 k t为：
15、；
16、将应变传递梁固定点之间长度 l1与第一fbg传感光纤长度 l2的比值、基底的热膨胀系数 α1和应变传递梁的热膨胀系数 α2作为温度传感器的关键参数。
17、可选的，基于温度传感器的关键参数确定温度传感器的设计参数，分别取 l1/ l2的值为0-6，基底的热膨胀系数 α1的值为从0.510-6/℃到3010-6/℃、应变传递梁的热膨胀系数 α2的值为从0.510-6/℃变化到3010-6/℃，将上述数值代入应变 ε和温度灵敏度系数 k t的计算公式，分别得到 l1/ l2、基底的热膨胀系数 α1、应变传递梁的热膨胀系数 α2对第一fbg应变量 ε和第一fbg温度灵敏度系数 k t的影响，确定温度传感器的设计参数。
18、可选的，温度传感器的基底上还设置有耳片。
19、可选的，应变传感器的材料为304钢，基底的材料为7075铝，应变传递梁的材料为4j36因瓦合金。
20、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提供了一种用于应变与本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于应变与温度双参量测量的光纤光栅传感器，其特征在于，包括应变传感器、双金属温度传感器、第一FBG和第二FBG；其中，温度传感器包括基底和应变传递梁，应变传递梁设置在基底上，应变传递梁上设置有第一FBG，热膨胀效应引起基底的长度发生变化，通过应变传递梁传递给第一FBG，提高第一FBG的温度灵敏度系数，应变传递梁的距离可调节，适应不同测试环境所需灵敏度；应变传感器为环形，设置在温度传感器的外侧，应变传感器上设置圆形空心孔和柔性铰链，应变传感器的上方柔性铰链处设置有第二FBG。
2.根据权利要求1所述的一种用于应变与温度双参量测量的光纤光栅传感器，其特征在于，应变传感器的直径为34mm，第二FBG的两端通过点胶固定。
3.根据权利要求2所述的一种用于应变与温度双参量测量的光纤光栅传感器，其特征在于，应变传感器的应变增敏倍数k为：
4.根据权利要求1所述的一种用于应变与温度双参量测量的光纤光栅传感器，其特征在于，温度传感器的结构热膨胀引起的第一FBG应变ε为：
5.根据权利要求4所述的一种用于应变与温度双参量测量的光纤光栅传感器，
6.根据权利要求1所述的一种用于应变与温度双参量测量的光纤光栅传感器，其特征在于，温度传感器的基底上还设置有耳片。
7.根据权利要求1所述的一种用于应变与温度双参量测量的光纤光栅传感器，其特征在于，应变传感器的材料为304钢，基底的材料为7075铝，应变传递梁的材料为4J36因瓦合金。
...【技术特征摘要】
1.一种用于应变与温度双参量测量的光纤光栅传感器，其特征在于，包括应变传感器、双金属温度传感器、第一fbg和第二fbg；其中，温度传感器包括基底和应变传递梁，应变传递梁设置在基底上，应变传递梁上设置有第一fbg，热膨胀效应引起基底的长度发生变化，通过应变传递梁传递给第一fbg，提高第一fbg的温度灵敏度系数，应变传递梁的距离可调节，适应不同测试环境所需灵敏度；应变传感器为环形，设置在温度传感器的外侧，应变传感器上设置圆形空心孔和柔性铰链，应变传感器的上方柔性铰链处设置有第二fbg。
2.根据权利要求1所述的一种用于应变与温度双参量测量的光纤光栅传感器，其特征在于，应变传感器的直径为34mm，第二fbg的两端通过点胶固定。
3.根据权利要求2所述的一种用于应变与温度双参量测量的光纤光栅传感器，其特征在于，应变传感器的应变增敏倍数k为：
4.根据权利要求1所述的一种用于应变与温度双参量测量的光纤光栅传感器，其特征在于，温度传感器...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓美，邱忠超，王晨，汤一翔，
申请(专利权)人：中国地震局地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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