CN107218898A - 一种表面二维应变检测的星形光纤光栅应变片 - Google Patents

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顾天文
严红梅
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Abstract

本发明是一种能进行构件表面二维应变检测的光纤光栅应变片，属于光纤光栅传感技术领域，用于解决电阻应变片在易燃易爆场合的局限性的问题。它是由星形金属弹性薄片基底和三个布拉格光栅组成的，这三个特征波长不相同的布拉格光栅彼此串联采用胶粘工艺固定在星形金属薄片基底的三个测轴上。应用时需将光纤光栅应变片通过螺柱焊技术使之固定在待测构件表面。通过监测光纤光栅特征值的变化可以得出三个测轴方向的应变，再通过应力圆的分析和计算可以算出待测构件表面主应变及其方向，以实现测量待测构件表面应变的目的。本发明具有灵敏度高、本质安全、重量轻、体积小的优点。

Description

一种表面二维应变检测的星形光纤光栅应变片
技术领域
本发明属于光纤光栅传感技术领域，特别涉及一种检测构件表面二维应变的光纤光栅应变片，其结构由金属弹性薄片基底和布拉格光纤光栅组成，以实现构件表面的二维应变检测。
背景技术
电阻应变片是用于应变检测的电子元件。它能将机械构件上应变变化转换为电阻变化，是工程结构或部件试验中应变检测的传统电子敏感元件。电阻应变片有多种形式，常用的有丝式和箔式。目前，应用最为广泛的是以各种应变电阻合金箔为敏感栅的金属箔式应变片，它有制作方便、价格便宜、使用简便、检测可靠的优点，所以被广泛应用于工程结构或部件的应变检测。但是，这种以金属箔式电阻应变片为代表的电式传感器在应变检测领域有明显不足之处，例如，在进行易燃易爆场合的应变检测时，电类传感器中产生的电火花容易引起燃爆，因而无法使用。
光纤光栅是最近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一，自从1978K.O.Hill年等人首先在掺锗光纤中采用驻波写入法制成世界上第一只光纤光栅以来，由于它具有许多独特的优点，因而在光纤传感检测领域取得了广泛的应用。以光纤光栅为敏感单元的检测器件相比传统电类检测器件有很多的优点，比如抗电磁干扰、体积小、重量轻、结构简单等。事实上光纤光栅己成为目前最有前途、最具有代表性的光纤传感检测器件之一，它极大地拓宽了传感技术的应用范围，检测精度高，可以用于易燃易爆场合的检测。
光纤光栅应变片由布拉格光纤光栅和金属弹性薄片基底组成，这种光纤光栅应变片相比金属箔式应变片在易燃易爆场合有明显的技术优势，但是，这种光栅应变片只可在主应变方向己知的情况下进行一维轴向应变检测，也可对二维平面上的主应变方向和大小进行检测。本发明采用由星形金属弹性薄片基底结构和布拉格光纤光栅组成的光纤光栅应变片，来满足二维应变检测的需要。
发明内容
本发明的目的在于解决电阻应变片在易燃易爆场合的局限性的问题，提供一种星形光纤光栅应变片的设计方案，能对待测构件表面进行二维应变检测。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
用于待测构件表面二维应变检测的星形光纤光栅应变片，以星形金属弹性薄片作为基底，和二维布局的布拉格光纤光栅组成，如图1所示。
所述的金属弹性薄片基底尽量选用与待测构件表面机械性能相匹配的材料，以减少应变片的检测误差。该金属弹性薄片基底E的厚度为1.5mm至2mm，形状为星形，该金属弹性薄片基底有三个测轴，三个测轴的长度均为25mm，角度两两互为120度，三个测轴的宽度均为4mm，每个测轴中间刻一道1mm宽、0.5mm深的光纤光栅安装槽，安装槽长度为18mm。A点为该金属弹性薄片基底的几何中心，与B、C、D三点一起用来作为焊点固定安装光纤光栅应变片。
所述的布拉格光栅1(FBG1)、布拉格光栅2(FBG2)和布拉格光栅3(FBG3)需使用胶粘技术固定在星形金属弹性薄片基底上，FGB1的胶粘点为a点和b点，FGB2的胶粘点为c点和d点，FGB3的胶粘点为e点和f点。
所述的FBG1、FBG2和FBG3在进行固定时，须有适当的拉伸，以保证FBG能检测构件的双向应变。
所述的FBG1、FBG2和FBG3须选用不同特征波长的FBG，在制作光纤光栅应变片时这三个FBG应采用串联方式。
所述的星形光纤光栅应变片在对待测构件表面进行应变测量前应通过螺柱焊技术将星形光纤光栅应变片固定在待测构件表面。
本发明是一种能对构件表面二维应变进行检测的应变检测器件。本发明应变片具有灵敏度高、本质安全、重量轻、体积小、便于成网等优点。
附图说明
图1为本发明所述的星形光纤光栅应变片结构示意图。
具体实施方式
下面将结合图1，对本发明作进一步说明。
本发明是一种能对构件表面二维应变进行检测的星形光纤光栅应变片，具体实施步骤如下：
步骤一：制作光纤光栅应变片
将处理好的星形金属薄片基底平放在加工平台上，再把准备好的布拉格光栅如图用胶粘工艺进行固定，固定时布拉格光栅1、布拉格光栅2和布拉格光栅3应有适当的拉伸，以保证应变片能感受构件的双向应变。
步骤二：固定光纤光栅应变片
采用螺柱焊技术焊接A、B、C、D四个点将光纤光栅应变片固定在构件表面。
步骤三：通过监测光纤光栅特征值的变化可以得出三个测轴方向的应变，再通过应力圆的分析和计算可以算出待测构件表面主应变及其方向，以实现测量待测构件表面应变的目的。

Claims (2)

1.一种能进行构件表面二维应变检测的光纤光栅应变片，它是由星形金属弹性薄片基底和三个不同特征波长的布拉格光栅组成的，在对构件表面进行二维应变检测前通过螺柱焊技术将光纤光栅应变片焊接固定在待测构件表面。
2.权利要求1所述的星形金属弹性薄片基底，其特征是：形状为星形，厚度为1.5mm至2mm，该金属薄片有三个测轴，三个测轴的长度均为25mm，角度两两互为120度，三个测轴的宽度均为4mm，在三个侧轴上刻一道1mm宽，0.5mm深的光纤光栅安装槽，这三个不同特征波长的布拉格光栅彼此串联通过胶粘工艺固定在三个测轴的光纤光栅安装槽里。
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