一种光纤光栅多维传感器制造技术

本发明专利技术属于传感器技术领域，具体涉及一种光纤光栅多维传感器。一种光纤光栅多维传感器，包括复合材料封装光纤光栅传感器1，每个复合材料封装光纤光栅传感器通过L型支架2固定在角钢3上。本发明专利技术所提供的光纤光栅多维应变传感器，与现有的基于电阻应变片组桥测量原理的多维应变传感器相比，具有可靠性高，抗干扰能力强等优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传感器
，具体涉及一种光纤光栅多维传感器。
技术介绍
随着城市的发展，各种大型露天结构日益增多。重大工程结构如桥梁、高层建筑、大跨度空间结构、水坝、核电站、输电、输油等网络系统的健康诊断和安全监测一直是国内外工程领域广泛关注的重要研究课题。其常规技术多以点式电测电传方式为主,但这些技术存在着根本性的缺陷,如对测点物性的影响；耐久性差；易受强电磁场干扰；不能分布测量、导致信息量有限等。以光纤布拉格光栅为核心的传感器与具有灵敏度高、动态范围宽、不受电磁干扰、可靠性高、体积小等优点。方便实现对桥梁，水坝，飞行器，舰船，油井等的实时监测，目前光纤光栅传感技术的应用越来越广泛。光纤光栅应变传感器是在工程领域中应用最广泛，技术最成熟的光纤传感器。由于光纤光栅比较脆弱，在恶劣工作环境中非常容易破坏，因而需要对其进行封装后才能使用，同时，封装结构的设计变化又会对传感器的灵敏度等参数进行优化改良。根据R.Maaskant，T.Alavie和G.Tadros等人的Fiber-opticBraggGratingSensorsforBridgeMonitoring一文，早在1993年，加拿大卡尔加里的Beddingtontrail大桥首先使用了光纤光栅进行应力测量,并用此方法长期监测桥梁结构。光纤光栅传感器在工程结构中的应用,是继电测技术之后的测试技术新阶段的开始，该技术的发展，将为重大工程结构的安全监测提供了新的方法和手段。传统的多维应变传感器多是基于电阻应变片组桥测量原理而设计的，电阻应变片受温度、潮湿、电磁干扰的影响大，难以胜任野外复杂环境下的监测工作。而与之相比较，光纤光栅传感器则完全可以胜任这一监测工作。现有的光纤光栅应变传感器，如授权公告号CN202158841U的技术专利“一种光纤光栅应变传感器”，需要将传感器粘贴在被测物体上，对被测物体表面要求高，传感器无法重复利用，传感器的灵敏度受到胶的性能影响较大，胶体也容易老化，在使用期限上和使用范围上有一定局限。授权公告号CN203587254U的技术专利“一种三维光纤光栅传感器”，仅能应用于测量地应力，应用范围很窄，传感器结构较为复杂，制作有一定难度，同时该传感器使用了9根光纤光栅，数据分析量大，直观度低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的光纤光栅多维传感器。本专利技术的目的是这样实现的：一种光纤光栅多维传感器，包括复合材料封装光纤光栅传感器1，每个复合材料封装光纤光栅传感器通过L型支架2固定在角钢3上。所述的复合材料封装光纤光栅传感器1有三个，三个复合材料封装光纤光栅传感器位于角钢同等圆周位置的三个不同面上，在每个面上的相对位置均不相同。三个所述的复合材料封装光纤光栅传感器安装方向与角钢3的长度方向平行。所述的复合材料封装光纤光栅传感器1两端设有金属锚头，每个复合材料封装光纤光栅传感器由2个L型支架固定在角钢3上。所述的L型支架2与角钢3之间的连接方式为刚性连接，L型支架2上设有安装孔，与复合材料封装光纤光栅传感器1刚性连接。所述的角钢3采用等边角钢。本专利技术的有益效果在于：本专利技术所提供的光纤光栅多维应变传感器，与现有的基于电阻应变片组桥测量原理的多维应变传感器相比，具有可靠性高，抗干扰能力强等优势。本专利技术所提供的光纤光栅多维应变传感器，与现有的其他光纤光栅多维应变传感器相比，具有结构简单，可反复使用，应用范围广，对被测物体形貌没有要求，使用的敏感元件少等优势。附图说明图1为本专利技术的传感器整体结构示意图；图2为本专利技术的传感器整体结构正视图；图3为本专利技术的传感器整体结构侧视图；图4为本专利技术的传感器整体结构俯视图；图5为本专利技术的L型支架结构示意图；图6为本专利技术的复合材料封装光纤光栅传感器结构示意图；图7为角钢沿X方向连续形变时，三个光纤光栅传感器波长漂移示意图；图8为角钢沿X方向发生某定量形变时，三个光纤光栅传感器波长漂移示意图；图9为角钢沿Y方向连续形变时，三个光纤光栅传感器波长变化示意图；图10为角钢沿Y方向发生某定量形变时，三个光纤光栅传感器波长漂移示意图；图11为角钢沿Z方向连续形变时，三个光纤光栅传感器波长漂移示意图；图12为角钢沿Z方向发生某定量形变时，三个光纤光栅传感器波长漂移示意图；图13为角钢绕Z轴连续旋转时，三个光纤光栅传感器波长漂移示意图；图14为角钢绕Z轴连续旋转某定量角度时，三个光纤光栅传感器波长漂移示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术涉及一种用于测量大型结构应变的光纤光栅多维应变传感器。该光纤光栅多维应变传感器，包括三个复合材料封装光纤光栅传感器，六个L型支架和一根角钢。每一个复合材料封装光纤光栅传感器通过两个L型支架固定在角钢上，三个复合材料封装光纤光栅传感器分别固定在角钢不同面不同位置上。由于角钢本身应变分布特性和本传感器结构特性，三个传感器分别对某一方向或某两方向的应变不敏感，使用时通过对三组数据进行比较分析可以得到被测结构的应变大小与方向。本专利技术可通过夹具固定在多种大型结构上，应用广泛，可进行实时、长期、有效的监测。本专利技术提供了一种用于大型结构应变检测的光纤光栅多维应变传感器。角钢作为封装结构的一部分，一端固定在被测结构上，一端固定在固定平面(如地面等)或结构上。当被测结构发生变化时，角钢发生变形，从而带动刚性固定在角钢上的L型支架间的布拉格光栅受到拉伸(压缩)，使布拉格波长发生漂移。光纤光栅应变传感器测量是基于被测量结构变化引起的光栅周期和有效折射率的变化，从而导致光栅特征波长的变化，通过测量特征波长的漂移量来测量被测结构应变量。本专利技术的技术方案为：一种新型的光纤光栅多维应变传感器，包括复合材料封装光纤光栅传感器，L型支架，角钢。3个复合材料封装光纤光栅传感器分别由6个L型支架固定在角钢同一圆周的三个不同面上，圆周位置靠近角钢其中一端。角钢距离复合材料封装光纤光栅传感器距离较近的一端作为固定端，与固定平面或结构刚性连接，另一端通过夹具与被测结构刚性连接。当被测结构发生形变时，带动角钢发生形变，使得固定复合材料封装光纤光栅传感器的两个L型支架发生相对移动，令与两个L型支架刚性连接的复合材料封装光纤光栅传感器产生应变。由于角钢本身的应变分布特性与本传感器的结构特性，三个复合材料封装光纤光栅传感器分别对水平，竖直，扭转，拉伸/压缩四个方向的应变中的一个或两个不敏感。通过对三组测量数据的比较可以得到被测结构的应变大小与方向。所述复合材料封装光纤光栅传感器的结构包括光纤布拉格光栅、FRP材料和锚头，光纤布拉格光栅竖直封装在圆柱形FRP材料中心，FRP材料两端与锚头连接。下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本专利技术更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右、水平、竖直、扭转等指示方位方向的字词仅是针对所示结构在对应附图中的位置而言。然而，本领域的技术人员可能会意识到其中一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详尽描述。此外，本专利技术中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光栅多维传感器，包括复合材料封装光纤光栅传感器(1)，其特征在于：每个复合材料封装光纤光栅传感器通过L型支架(2)固定在角钢(3)上。

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅多维传感器，包括复合材料封装光纤光栅传感器(1)，其特征在于：每个复合材料封装光纤光栅传感器通过L型支架(2)固定在角钢(3)上。2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅多维传感器，其特征在于：所述的复合材料封装光纤光栅传感器(1)有三个，三个复合材料封装光纤光栅传感器位于角钢同等圆周位置的三个不同面上，在每个面上的相对位置均不相同。3.根据权利要求1所述的一种光纤光栅多维传感器，其特征在于：三个所述的复合材料封装光纤光栅传感器安装方向与角钢(3)的长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建中，孟怡晨，谭涛，田野，柴全，刘艳磊，谢凯，吕中宾，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23