CN109579724A - 一种温度补偿型光纤光栅应变传感器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度补偿型光纤光栅应变传感器件，包括光纤光栅、应变光纤支架、螺旋应变块、温度光栅支架、传感器套管；光纤光栅包括应变传感光栅和温度传感光栅，其端部均套有毛细钢管；螺旋应变块为柱面呈螺旋状镂空的空心柱体，所述应变传感光栅位于螺旋应变块的螺旋状镂空的轴线上，温度光栅支架轴向放置并固定温度传感光栅；所述螺旋应变块、温度光栅支架为独立结构，可构成不同传感器。本发明的应变与温度传感部分独立设置，结构稳定、可靠性高、消除温度交叉干扰问题，且结构件之间连接无需焊接，应变光纤光栅可在结构件内部进行预张拉。

Description

一种温度补偿型光纤光栅应变传感器件

技术领域

本发明涉及一种光纤应变传感器，尤其涉及一种温度补偿型光纤光栅应变传感器。

背景技术

光纤光栅传感技术有其独特的优势，通过不同的封装材料和工艺设计，可以实现多种物理量(如温度、应力/应变、振动、位移、扭矩等)的测量。光纤光栅传感器有精度高、长期稳定性好、抗电磁干扰、抗机械疲劳、能在恶劣的环境下工作，是电类传感器的理想替代品。

光纤光栅应变传感器应用广泛，主要用于测量混凝土结构上的应变，诸如：桥梁、桩、隧道衬砌、建筑物等。由于光纤光栅易受温度的影响，在进行光纤光栅应变测量的时候容易出现温度交叉干扰、不可同时测量温度等问题，因此，消除温度对应变传感器的干扰是光纤光栅应变传感器领域的一个关键性问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有光纤光栅应变传感器同时测量温度存在交叉干扰的缺陷，提供一种温度补偿型光纤光栅应变传感器件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种温度补偿型光纤光栅应变传感器件，包括光纤光栅、应变光纤支架、螺旋应变块、温度光栅支架、传感器套管；

所述光纤光栅包括应变传感光栅和温度传感光栅，所述应变传感光栅和温度传感光栅的端部均套有毛细钢管；

所述螺旋应变块为柱面呈螺旋状镂空的空心柱体，所述应变传感光栅位于所述螺旋应变块的螺旋状镂空的轴线上；

所述温度光栅支架轴向放置并固定温度传感光栅；

所述应变光纤支架、螺旋应变块、温度光栅支架沿轴线均设置有通孔，依次同轴串接为一整体并安装于传感器套管内，所述通孔内放置所述光纤光栅；

所述传感器套管套设在所述整体外部。

接上述技术方案，所述应变光纤支架、所述螺旋应变块、所述温度光栅支架依次螺纹串接或用高温胶粘合，串接后作为一整体放置于传感器套管中，并在应变光纤支架端部安装端盖，所述端盖与所述应变光纤支架通过螺纹连接或用高温胶粘合。

接上述技术方案，所述螺旋应变块、温度光栅支架为独立结构，当所述应变光纤支架串接所述螺旋应变块时构成光纤应变传感器，当所述应变光纤支架串接所述温度光栅支架时构成光纤温度传感器。

接上述技术方案，所述光纤光栅非传感器部分套有光纤空套筒，所述光纤空套筒外套有铠装光缆。

接上述技术方案，所述应变光纤支架靠近端盖的一端设置有放置铠装光缆的孔，另一端设置有放置毛细钢管的孔，所述应变光纤支架上还设置有压紧铠装光缆的螺纹孔、压紧毛细钢管的螺纹孔以及固定光纤光栅的点胶孔，所述应变光纤支架上还设置有环形槽，该环形槽上安装O型圈，所述O型圈为耐高温柔性材料，和传感器套筒内壁紧密接触。

接上述技术方案，所述铠装光缆用螺钉与应变光纤支架固定，所述套有光纤的毛细钢管通过螺钉与应变光纤支架固定，所述光纤光栅通过点胶孔加入高温胶与应变光纤支架固定。

接上述技术方案，一种温度补偿型光纤光栅应变传感器件制作方法如下：

Step1、将螺旋应变块套于应变传感光栅部分，并在应变传感光栅两端套上毛细钢管，并用高温胶将毛细钢管和光纤光栅粘合，然后将温度光栅支架套于温度传感光栅部分，并在温度传感光栅两端套上毛细钢管，并将毛细钢管和光纤光栅固定；

Step2、将一应变光纤支架套于光纤光栅并与螺旋应变块串接，并将光纤与应变光纤支架固定；

Step3、光纤光栅非传感部分的光纤光栅套上光纤空套筒，在光纤空套筒外套上铠装光缆，并安装于应变光纤支架的轴向孔内，并与应变光纤支架固定，同时在环形槽中套上O型圈；

Step4、将螺旋应变块的另一端与温度光栅支架串接，并通过温度光栅支架上的两个螺纹孔通过螺钉压紧毛细钢管，并在压紧过程中调节光纤光栅，对应变传感光栅部分进行预张拉；

Step5、将温度光栅支架与另一应变光纤支架串接，通过该应变光纤支架上的两个螺纹孔利用螺钉压紧毛细钢管，并调节温度传感光栅为松弛状态；

Step6、重复Step3；

Step7、将串接在一起的应变光纤支架、螺旋应变块、温度光栅支架装配于传感器套管中，并在两端装配端盖，并用高温胶固定。

本发明产生的有益效果是：本发明的温度补偿型光纤光栅应变传感器件，通过将螺旋应变块设为柱面呈螺旋状镂空的空心柱体，应变传感光栅位于螺旋应变块的螺旋状镂空的轴线上，应变传感光栅部分与螺纹应变块有效固定在一起，使光栅部分受力均匀，并使得经过光栅反射的波长与受力成线性关系。同时，该传感器件结构简单，结构件之间连接无需焊接，应变光纤光栅可在结构件内部进行预张拉。

进一步地，温度光栅支架轴向放置并固定温度传感光栅，光纤光栅同轴放置，避免光线弯折造成损耗过大；

更进一步地，螺旋应变块、温度光栅支架为独立结构，可根据实际需求构成不同传感器，应变传感和温度传感分开布置，可以有效消除温度交叉干扰问题。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明温度补偿型光纤光栅应变传感器件的剖面图；

图2是本发明温度补偿型光纤光栅应变传感器件的示意图；

图3是本发明温度补偿型光纤光栅应变传感器件的螺旋应变块示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供一种温度补偿型光纤光栅应变传感器件，包括光纤光栅10、应变光纤支架20、螺旋应变块30、温度光栅支架40、传感器套管50；光纤光栅10包括应变传感光栅101和温度传感光栅102，应变传感光栅101和温度传感光栅102的端部均套有毛细钢管90，毛细钢管90用于在固定时保护光栅10。

如图3所示，螺旋应变块30为柱面呈螺旋状镂空的空心柱体，应变传感光栅101位于螺旋应变块30的螺旋状镂空的轴线上，应变传感光栅101部分与螺纹应变块30有效固定在一起，使光栅部分受力均匀，使得经过光栅反射的波长域受力成线性关系；温度光栅支架40轴向放置并固定温度传感光栅102，应变传感和温度传感分开布置，可以有效消除温度交叉干扰问题。

应变光纤支架20、螺旋应变块30、温度光栅支架30沿轴线均设置有通孔，依次同轴串接为一整体并安装于传感器套管50内，通孔内放置光纤光栅10，光纤光栅10同轴放置，避免光线弯折造成损耗过大。

传感器套管50套设在整体外部。

进一步地，如图1所示，应变光纤支架20、螺旋应变块30、温度光栅支架40依次螺纹串接或用高温胶粘合，串接后作为一整体放置于传感器套管50中，并在应变光纤支架20端部安装端盖60，端盖60与应变光纤支架20通过螺纹连接或用高温胶粘合，传感器件结构简单，结构件之间连接无需焊接。

进一步地，螺旋应变块30、温度光栅支架40为独立结构，可选配安装，应变光纤支架串接螺旋应变块，应变传感光栅101设置于螺旋应变块30的螺旋状镂空的轴线上构成光纤应变传感器；应变光纤支架20串接温度光栅支架，温度光栅支架40轴向放置并固定温度传感光栅102，构成光纤温度传感器。

进一步地，光纤光栅10非传感器部分套有光纤空套筒70，光纤空套筒外套有铠装光缆80，用于保护光纤光栅10。

进一步地，应变光纤支架20靠近端盖60的一端设置有放置铠装光缆80的孔，另一端设置有放置毛细钢管90的孔，应变光纤支架20上还设置有压紧铠装光缆的螺纹孔201、压紧毛细钢管的螺纹孔204以及固定光纤光栅的点胶孔203，应变光纤支架上还设置有环形槽202，该环形槽上安装O型圈，O型圈为耐高温柔性材料，和传感器套筒内壁紧密接触，保证整个传感器的密封性。铠装光缆80用螺钉与应变光纤支架20固定，套有光纤的毛细钢管90通过螺钉与应变光纤支架20固定，光纤光栅10通过点胶孔203加入高温胶与应变光纤支架20固定。

进一步地，应变光纤支架20及温度光栅支架40螺纹孔的压紧螺钉都为止螺，在压紧套有毛细钢管的光线光栅时，通过调整使应变传感光栅部分进行预拉张处理，使温度传感光栅部分保持松弛状态。

进一步地，应变光纤支架20及温度光栅支架40设置径向孔的部分设置有凹槽，方便安装螺钉。

上述实施例的温度补偿型光纤光栅应变传感器件具体制作方法如下：

Step1、将螺旋应变块30套于应变传感光栅101部分，并在应变传感光栅101两端套上毛细钢管90，并用高温胶将毛细钢管90和光纤光栅10粘合，然后将温度光栅支架40套于温度传感光栅102部分，并在温度传感光栅102两端套上毛细钢管90，并将毛细钢管90和光纤光栅10固定；

Step2、将一应变光纤支架20套于光纤光栅10并与螺旋应变块30串接，并将光纤与应变光纤支架20固定；

Step3、光纤光栅10非传感部分的光纤光栅套上光纤空套筒70，在光纤空套筒70外套上铠装光缆80，并安装于应变光纤支架20的轴向孔内，并与应变光纤支架20固定，同时在环形槽202中套上O型圈；

Step4、将螺旋应变块30的另一端与温度光栅支架40串接，并通过温度光栅支架40上的两个螺纹孔204通过螺钉压紧毛细钢管90，并在压紧过程中调节光纤光栅10，对应变传感光栅101部分进行预张拉；

Step5、将温度光栅支架40与另一应变光纤支架20串接，通过该应变光纤支架20上的两个螺纹孔204利用螺钉压紧毛细钢管90，并调节温度传感光栅102为松弛状态；

Step6、重复Step3；

Step7、将串接在一起的应变光纤支架20、螺旋应变块30、温度光栅支架40装配于传感器套管50中，并在两端装配端盖60，并用高温胶固定。

综上，本发明的应变与温度传感部分独立设置，使得结构稳定、可靠性高，且可消除温度交叉干扰问题，另外传感器件结构简单结构件之间连接无需焊接，应变光纤光栅可在结构件内部进行预张拉。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种温度补偿型光纤光栅应变传感器件，其特征在于，包括光纤光栅、应变光纤支架、螺旋应变块、温度光栅支架、传感器套管；

所述光纤光栅包括应变传感光栅和温度传感光栅，所述应变传感光栅和温度传感光栅的端部均套有毛细钢管；

所述螺旋应变块为柱面呈螺旋状镂空的空心柱体，所述应变传感光栅位于所述螺旋应变块的螺旋状镂空的轴线上；

所述温度光栅支架轴向放置并固定温度传感光栅；

所述应变光纤支架、螺旋应变块、温度光栅支架沿轴线均设置有通孔，依次同轴串接为一整体并安装于传感器套管内，所述通孔内放置所述光纤光栅；

所述传感器套管套设在所述整体外部。

2.根据权利要求1所述的温度补偿型光纤光栅应变传感器件，其特征在于，所述应变光纤支架、所述螺旋应变块、所述温度光栅支架依次螺纹串接或用高温胶粘合，串接后作为一整体放置于传感器套管中，并在应变光纤支架端部安装端盖，所述端盖与所述应变光纤支架通过螺纹连接或用高温胶粘合。

3.根据权利要求1所述的温度补偿型光纤光栅应变传感器件，其特征在于，所述螺旋应变块、温度光栅支架为独立结构，当所述应变光纤支架串接所述螺旋应变块时构成光纤应变传感器，当所述应变光纤支架串接所述温度光栅支架时构成光纤温度传感器。

4.根据权利要求1所述的温度补偿型光纤光栅应变传感器件，其特征在于，所述光纤光栅非传感器部分套有光纤空套筒，所述光纤空套筒外套有铠装光缆。

5.根据权利要求1所述的温度补偿型光纤光栅应变传感器件，其特征在于，所述应变光纤支架靠近端盖的一端设置有放置铠装光缆的孔，另一端设置有放置毛细钢管的孔，所述应变光纤支架上还设置有压紧铠装光缆的螺纹孔、压紧毛细钢管的螺纹孔以及固定光纤光栅的点胶孔，所述应变光纤支架上还设置有环形槽，该环形槽上安装O型圈，所述O型圈为耐高温柔性材料，和传感器套筒内壁紧密接触。

6.根据权利要求5所述的温度补偿型光纤光栅应变传感器件，其特征在于，所述铠装光缆用螺钉与应变光纤支架固定，所述套有光纤的毛细钢管通过螺钉与应变光纤支架固定，所述光纤光栅通过在点胶孔加入高温胶与应变光纤支架固定。

7.一种基于权利要求1-6中任一项所述的温度补偿型光纤光栅应变传感器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step1、将螺旋应变块套于应变传感光栅部分，并在应变传感光栅两端套上毛细钢管，并用高温胶将毛细钢管和光纤光栅粘合，然后将温度光栅支架套于温度传感光栅部分，并在温度传感光栅两端套上毛细钢管，并将毛细钢管和光纤光栅固定；

Step2、将一应变光纤支架套于光纤光栅并与螺旋应变块串接，并将光纤与应变光纤支架固定；

Step3、光纤光栅非传感部分的光纤光栅套上光纤空套筒，在光纤空套筒外套上铠装光缆，并安装于应变光纤支架的轴向孔内，并与应变光纤支架固定，同时在环形槽中套上O型圈；

Step4、将螺旋应变块的另一端与温度光栅支架串接，并通过温度光栅支架上的两个螺纹孔通过螺钉压紧毛细钢管，并在压紧过程中调节光纤光栅，对应变传感光栅部分进行预张拉；

Step5、将温度光栅支架与另一应变光纤支架串接，通过该应变光纤支架上的两个螺纹孔利用螺钉压紧毛细钢管，并调节温度传感光栅为松弛状态；

Step6、重复Step3；

Step7、将串接在一起的应变光纤支架、螺旋应变块、温度光栅支架装配于传感器套管中，并在两端装配端盖，并用高温胶固定。