一种温度自补偿光纤光栅应变计及其测量方法技术

本发明专利技术公开一种温度自补偿光纤光栅应变计及其测量方法，涉及监测应变计技术领域，该温度自补偿光纤光栅应变计包括：第一安装基座、第二安装基座、第一光纤光栅敏感元件、第二光纤光栅敏感元件、第一活动组件及第二活动组件。通过第一光纤光栅敏感元件和第二光纤光栅敏感元件交叉设置于第一活动组件及第二活动组件之间，两活动组件发生微小变形时，第一光纤光栅敏感元件产生第一应变数据，第二光纤光栅敏感元件产生第二应变数据。将第一应变数据与第二应变数据作差，第一应变数据中的第一温度应变值和第二应变数据中的第二温度应变值相互抵消，得到2倍的消除温度影响的应变值，通过修正得到轴向应变值，实现了在土木工程中对结构健康的长期监测。结构健康的长期监测。结构健康的长期监测。

【技术实现步骤摘要】
一种温度自补偿光纤光栅应变计及其测量方法


[0001]本专利技术涉及监测应变计
，特别是涉及一种温度自补偿光纤光栅应变计及其测量方法。

技术介绍

[0002]目前,监测应变计按信号类型基本上分为两类：一类是传统电信号的应变计，另外一类是光信号应变计。
[0003]在工程项目上大量使用的传统监测应变计为电信号的应变计，但是，由于工程施工环境复杂恶劣，电信号应变计在实际应用中受各种电磁干扰比较严重，且由于电信号在长导线的传输过程中容易衰减电信号，使电信号应变计的信号传输有效距离受到限制，这些都是电信号类应变计不可避免的问题。
[0004]在此前提下，光信号应变计中的光纤光栅应变计的抗干扰、长距离传输等技术优势就显得尤为突出。光信号应变计，按测量原理来说分为两类：一类是功能型，一类是非功能型，区别就是功能型应变计是把光纤作为敏感元件，而非功能型则只把光纤作为一种传输媒介。光纤光栅应变计是一种功能型光纤应变计，它基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对布拉格光栅波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤应变计。光纤光栅应变计与传统电信号应变计相比，受温度影响较大。目前，光纤光栅应变计由于制造工艺和安装工艺的限制，在测量中无法自动排除温度影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种温度自补偿光纤光栅应变计及其测量方法，以解决光纤光栅应变计在测量中无法自动排除温度影响的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种温度自补偿光纤光栅应变计，包括：
[0008]第一安装基座、第二安装基座、第一光纤光栅敏感元件、第二光纤光栅敏感元件、第一活动组件及第二活动组件；
[0009]所述第一安装基座及所述第二安装基座安装于待测结构体上；所述第一安装基座及所述第二安装基座用于获取待测结构体产生的应变；当所述待测结构体受到所述应变产生的应力作用时，所述第一安装基座和所述第二安装基座发生微小相对位移；
[0010]所述第一活动组件设置于所述第一安装基座上，所述第二活动组件设置于所述第二安装基座上；当所述第一安装基座和所述第二安装基座发生微小相对位移时，所述第一活动组件与所述第二活动组件同时发生微小变形；
[0011]所述第一光纤光栅敏感元件和所述第二光纤光栅敏感元件交叉设置于所述第一活动组件及所述第二活动组件之间；所述第一光纤光栅敏感元件用于通过所述第一活动组件与所述第二活动组件发生的微小变形产生第一应变数据；所述第二光纤光栅敏感元件用于通过所述第一活动组件与所述第二活动组件发生的微小变形产生第二应变数据；所述第
一应变数据包括所述应力引起的第一应变值和温度引起的第一温度应变值；所述第二应变数据包括所述应力引起的第二应变值和温度引起的第二温度应变值；所述第一应变值和所述第二应变值大小相等、符号相反；所述第一温度应变值和所述第二温度应变值大小相等、符号相同。
[0012]可选地，所述第一光纤光栅敏感元件包括第一钢丝基底、第一光纤光栅及第一封层；
[0013]所述第一光纤光栅敏感元件的连接部分附着在所述第一钢丝基底上；
[0014]所述第一封层封装附着在一起的所述第一钢丝基底及所述第一光纤光栅。
[0015]可选地，所述第二光纤光栅敏感元件包括第二钢丝基底、第二光纤光栅及第二封层；
[0016]所述第二光纤光栅敏感元件的连接部分附着在所述第二钢丝基底上；
[0017]所述第二封层封装附着在一起的所述第二钢丝基底及所述第二光纤光栅。
[0018]可选地，所述第一钢丝基底及所述第二钢丝基底为弹性钢丝材料制成的敏感元件基底。
[0019]可选地，还包括：带弹性波纹管壳体；
[0020]所述带弹性波纹管壳体焊接于所述第一安装基座及所述第二安装基座之间；
[0021]所述第一光纤光栅敏感元件、所述第二光纤光栅敏感元件、所述光纤连接体、所述第一活动组件及所述第二活动组件均设置于所述带弹性波纹管壳体内。
[0022]可选地，所述第一钢丝基底的第一端点及所述第二钢丝基底的第二端点固定设置于所述第一活动组件上，所述第一钢丝基底的第二端点及所述第二钢丝基底的第一端点固定设置于所述第二活动组件上；
[0023]所述第一钢丝基底的第一端点及所述第二钢丝基底的第一端点位于同一竖直线；所述第一钢丝基底的第二端点及所述第二钢丝基底的第二端点位于同一竖直线。
[0024]可选地，还包括：光纤连接件；
[0025]所述光纤连接件，用于连接所述第一光纤光栅及所述第二光纤光栅。
[0026]可选地，还包括：第一铠装光缆及第二铠装光缆；
[0027]所述第一铠装光缆，与所述第一光纤光栅连接，并通过所述第一安装基座引出，用于串联外部传感器或作为备用铠装光缆；
[0028]所述第二铠装光缆，与所述第二光纤光栅连接，并通过所述第二安装基座引出，用于串联外部传感器或作为备用铠装光缆。
[0029]为实现上述目的，本专利技术还提供了如下方案：
[0030]一种温度自补偿光纤光栅应变计的测量方法，包括：
[0031]利用第一安装基座及第二安装基座获取待测结构体产生的应变；当所述待测结构体受到所述应变产生的应力作用时，所述第一安装基座和所述第二安装基座发生微小相对位移，第一活动组件与第二活动组件同时发生微小变形；
[0032]利用第一光纤光栅敏感元件通过所述第一活动组件与所述第二活动组件发生的微小变形产生第一应变数据；所述第一应变数据包括所述应力引起的第一应变值和温度引起的第一温度应变值；
[0033]利用第二光纤光栅敏感元件通过所述第一活动组件与所述第二活动组件发生的
微小变形产生第二应变数据；所述第二应变数据包括所述应力引起的第二应变值和温度引起的第二温度应变值；所述第一应变值和所述第二应变值大小相等、符号相反；所述第一温度应变值和所述第二温度应变值大小相等、符号相同；
[0034]将所述第一应变数据与所述第二应变数据作差，抵消掉所述第一温度应变值和所述第二温度应变值，得到2倍的消除温度影响的应变值，再除以2，并乘以修正系数，得到轴向应变值。
[0035]可选地，所述轴向应变值为：
[0036]ε＝k[(ε1‑
ε
t1
)
‑
(ε2‑
ε
t2
)]/2＝k(ε1‑
ε2)/2；
[0037]其中，ε为轴向应变值，ε1为第一应变数据，ε
t1
为第一温度应变值，ε1‑
ε
t1
为第一应变值，ε2为第二应变数据，ε
t2
为第二温度应变值，ε2‑
ε
t2
为第二应变值，k为修正系数。
[0038]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0039]本专利技术提供的温度自补偿光纤光栅应变计及其测量方法，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温度自补偿光纤光栅应变计，其特征在于，包括：第一安装基座、第二安装基座、第一光纤光栅敏感元件、第二光纤光栅敏感元件、第一活动组件及第二活动组件；所述第一安装基座及所述第二安装基座安装于待测结构体上；所述第一安装基座及所述第二安装基座用于获取待测结构体产生的应变；当所述待测结构体受到所述应变产生的应力作用时，所述第一安装基座和所述第二安装基座发生微小相对位移；所述第一活动组件设置于所述第一安装基座上，所述第二活动组件设置于所述第二安装基座上；当所述第一安装基座和所述第二安装基座发生微小相对位移时，所述第一活动组件与所述第二活动组件同时发生微小变形；所述第一光纤光栅敏感元件和所述第二光纤光栅敏感元件交叉设置于所述第一活动组件及所述第二活动组件之间；所述第一光纤光栅敏感元件用于通过所述第一活动组件与所述第二活动组件发生的微小变形产生第一应变数据；所述第二光纤光栅敏感元件用于通过所述第一活动组件与所述第二活动组件发生的微小变形产生第二应变数据；所述第一应变数据包括所述应力引起的第一应变值和温度引起的第一温度应变值；所述第二应变数据包括所述应力引起的第二应变值和温度引起的第二温度应变值；所述第一应变值和所述第二应变值大小相等、符号相反；所述第一温度应变值和所述第二温度应变值大小相等、符号相同。2.根据权利要求1所述的温度自补偿光纤光栅应变计，其特征在于，所述第一光纤光栅敏感元件包括第一钢丝基底、第一光纤光栅及第一封层；所述第一光纤光栅敏感元件的连接部分附着在所述第一钢丝基底上；所述第一封层封装附着在一起的所述第一钢丝基底及所述第一光纤光栅。3.根据权利要求2所述的温度自补偿光纤光栅应变计，其特征在于，所述第二光纤光栅敏感元件包括第二钢丝基底、第二光纤光栅及第二封层；所述第二光纤光栅敏感元件的连接部分附着在所述第二钢丝基底上；所述第二封层封装附着在一起的所述第二钢丝基底及所述第二光纤光栅。4.根据权利要求3所述的温度自补偿光纤光栅应变计，其特征在于，所述第一钢丝基底及所述第二钢丝基底为弹性钢丝材料制成的敏感元件基底。5.根据权利要求4所述的温度自补偿光纤光栅应变计，其特征在于，还包括：带弹性波纹管壳体；所述带弹性波纹管壳体焊接于所述第一安装基座及所述第二安装基座之间；所述第一光纤光栅敏感元件、所述第二光纤光栅敏感元件、所述光纤连接体、所述第一活动组件及所述第二活动组件均设置于所述带弹性波纹管壳体内。6.根据权利要求5所述的温度自补偿光纤光栅应变计，其特征在于，所述第一钢丝基底的第一端点及所述第二钢丝基底的第二端点固定设置于所述第一活动组件上，所述第一钢丝基底的第二端点及所述第二钢丝基...

【专利技术属性】
技术研发人员：林清安，严雪辉，
申请(专利权)人：北京数泰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：