CN116336954A - 线缆式光纤光栅应变传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线缆式光纤光栅应变传感器，主要包括光纤光栅、金属铠管、特氟龙护套管、支撑管和外套管，光纤光栅穿入金属铠管并穿过特氟龙护套管密封保护，光纤光栅和金属铠管均固定在支撑管上协同受力，支撑管固定在外套管上。本发明主要受力零部件金属铠管为柔弹性材料，传感器适合柔性结构或低模量结构的应变测试。
Description
技术领域
本发明属于结构安全监测领域，具体涉及一种线缆式光纤光栅应变传感器。
背景技术
应变是反映结构使用状态的一个重要参量，通过在结构上安装应变传感器，可以对结构关键位置的受力状态进行测量，评定结构局部损伤。目前应变传感器种类繁多，有未经封装的电阻应变片、压电薄膜和光纤光栅，不经过封装的应变传感器很容易发生破坏。应变传感器能够正确测量结构应变的一个重要前提是应变传感器能够与结构协同变形，目前已报道的应变传感器大多数为刚性传感器，如振弦式应变传感器、金属化或FRP封装的光纤光栅应变传感器等，这些传感器可以很好的用于模量较大的结构构件的应变测试，已经被成功应用到桥梁、隧道、管道等结构应变测量或监测中。柔性土工格栅、土工布作为重要的土工加筋材料应用广泛，岩土路基等低模量结构容易变形，而用于这些柔性材料或低模量结构应变测量的柔性应变传感器的报道甚少，对于此类结构或材料的损伤评定也遇到了难题。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明的目的在于提供一种线缆式光纤光栅应变传感器。
本发明的技术方案为：线缆式光纤光栅应变传感器包括光纤光栅(1)、金属铠管(2)、特氟龙护套管(3)、支撑管(4)和外套管(5)，其特征在于光纤光栅(1)穿过金属铠管(2)，金属铠管(2)穿入特氟龙护套管(3)，光纤光栅(1)和金属铠管(2)一同用环氧树脂胶固定在支撑管(4)中，外套管(5)安装在支撑管(4)上，特氟龙护套管(3)***外套管(5)中并引出光纤光栅(1)的尾纤。
支撑管(4)由半圆柱体(4-1)和带缝隙圆柱管(4-2)组成，半圆柱体(4-1)中心位置开直径1mm的半圆弧槽，槽长度3cm，带有外螺纹；带缝隙圆柱管(4-2)长度1.5cm，缝隙宽度5mm。
所述的金属铠管(2)比特氟龙护套管(3)长3cm，两端伸出的1.5cm铠甲***到带缝隙圆柱管(4-2)并从缝隙处注入环氧树脂胶固定。
所述的光纤光栅(1)尾纤置于半圆柱体(4-1)半圆弧槽中并用环氧树脂胶固定。
外套管(5)由内螺纹圆柱管(5-1)、圆柱管(5-2)和隔板(5-3)组成。内螺纹圆柱管(5-1)长度为4.5cm，圆柱管(5-2)长度为1.5cm，隔板(5-3)中心位置钻直径1.5mm圆孔。
所述的内螺纹管(5-1)安装固定在半圆柱体(4-1)上，光纤光栅(1)尾纤从隔板(5-3)中心圆孔引出并穿入特氟龙护套管(3)中，特氟龙护套管(3)***圆柱管(5-2)中并用环氧树脂胶固定。
本发明的效果和益处是用于结构应变测试时，传感器中的支撑管拉到光纤光栅和金属铠管同时产生应变，金属铠管不仅起到对光纤光栅的保护作用同时也承担施加在传感器上的绝大多数荷载，方便传感器在结构上的安装和测试。
附图说明
图1为本发明的线缆式光纤光栅应变传感器结构示意图。
图2为本发明的支撑管结构示意图。
图3为本发明的外套管结构示意图。
图4为本发明的线缆式光纤光栅应变传感器内部结构示意图。
图1中：1光纤光栅；2金属铠管；3特氟龙护套管；4支撑管；5外套管。
图2中：4-1半圆柱体；4-2带缝隙圆柱管。
图3中：5-1内螺纹圆柱管；5-2圆柱管；5-3隔板。
图4中：1光纤光栅；2金属铠管；4-1半圆柱体；4-2带缝隙圆柱管。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
附图1为本发明的线缆式光纤光栅应变传感器结构示意图。具体实施方式是光纤光栅(1)穿过金属铠管(2)，金属铠管(2)穿入特氟龙护套管(3)，光纤光栅(1)和金属铠管(2)一同用环氧树脂胶固定在支撑管(4)上，外套管(5)固定在支撑管(4)上，光纤光栅(1)尾纤从外套管(5)中引出并穿入特氟龙护套管(3)，特氟龙护套管(3)主要作用是封装保护光纤光栅(1)，避免外界雨水侵入和阳光直射。
附图2为本发明的支撑管结构示意图。具体实施方式是支撑管(4)由半圆柱体(4-1)和带缝隙圆柱管(4-2)组成，半圆柱体(4-1)长度为3cm，中心位置开直径为1mm的半圆弧槽，槽长3cm，半圆弧形槽的作用是方便光纤光栅(1)沿着槽粘贴在半圆柱体(4-1)上，半圆柱体(4-1)长度3cm是确保传感器发生大变形光纤光栅(1)与半圆柱体(4-1)不产生相对滑移；带缝隙圆柱管(4-2)长1.5cm，带通长的宽度为5mm的缝隙，缝隙的作用是方便注入环氧树脂胶固定金属铠管(2)。
附图3为本发明的外套管结构示意图。具体实施方式是外套管(5)由内螺纹圆柱管(5-1)、圆柱管(5-2)和隔板(5-3)组成。内螺纹圆柱管(5-1)长度为4.5cm，用于连接支撑管(4)；圆柱管(5-2)长度为1.5cm，用于连接特氟龙护套管(3)；隔板(5-3)中心位置钻直径1.5mm圆孔，用于引出光纤光栅(1)的尾纤。
附图4为本发明的线缆式光纤光栅应变传感器内部结构示意图。具体实施方式是金属铠管(2)比特氟龙护套管(3)短3cm并穿入特氟龙护套管(3)，两端各伸出1.5cm，光纤光栅(1)穿入金属铠管(2)，金属铠管(2)***支撑管(4)中的带缝隙圆柱管(4-2)中，环氧树脂胶从缝隙处注入固定金属铠管(2)；光纤光栅(1)尾纤置于支撑管(4)中的半圆柱体(4-1)的半圆弧形槽中并用环氧树脂胶固定；金属铠管(2)的长度可调，具体由传感器定义的标距确定。
以上所述仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。上述本发明的实施方式中金属铠管长度由传感器选择的标距确定，其直径可根据感知灵敏度要求选定，其他零部件尺寸以契合金属铠管尺寸为准。
Claims (5)
1.线缆式光纤光栅应变传感器，包括光纤光栅(1)、金属铠管(2)、特氟龙护套管(3)、支撑管(4)和外套管(5)，其特征在于：光纤光栅(1)穿过金属铠管(2)，金属铠管(2)穿入特氟龙护套管(3)，光纤光栅(1)和金属铠管(2)固定在支撑管(4)中，外套管(5)安装在支撑管(4)上，特氟龙护套管(3)***外套管(5)并引出光纤光栅(1)的尾纤。
2.根据权利要求1所述的线缆式光纤光栅应变传感器，其特征在于支撑管(4)由半圆柱体(4-1)和带缝隙圆柱管(2-1)组成，半圆柱体(4-1)中心位置开直径1mm半圆弧槽，槽长3cm，带缝隙圆柱管(4-2)长1.5cm，缝隙宽度5mm。
3.根据权利要求1或2所述的线缆式光纤光栅应变传感器，其特征在于金属铠管(2)比特氟龙护套管(3)短3cm，两端各伸出1.5cm铠甲，伸出的铠甲***带缝隙圆柱管中并用环氧树脂胶固定。
4.根据权利要求3所述的线缆式光纤光栅位移传感器，其特征在于光纤光栅(1)的尾纤置于半圆柱体(4-1)的槽中并用环氧树脂胶固定。
5.根据权利要求4所述的线缆式光纤光栅应变传感器，其特征在于外套管(5)由内螺纹圆柱管(5-1)、圆柱管(5-2)和隔板(5-3)组成。内螺纹圆柱管(5-1)长度为4.5cm，安装在半圆柱体(4-1)上，圆柱管(5-2)长度为1.5cm，特氟龙护套管(3)***圆柱管(5-2)中，光纤光栅(1)尾纤从隔板(5-3)中心直径1.5mm的圆孔引出。
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