CN206430704U - 基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器 - Google Patents
基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN206430704U CN206430704U CN201720080214.3U CN201720080214U CN206430704U CN 206430704 U CN206430704 U CN 206430704U CN 201720080214 U CN201720080214 U CN 201720080214U CN 206430704 U CN206430704 U CN 206430704U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- strain
- ring
- ellipse
- dimensional
- optical fibre
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，包括：在直角三维坐标系的三个平面上分别放置中心重合的三个应变椭圆环，所述每一个应变椭圆环包括椭圆环和应变敏感径向梁，所述应变敏感径向梁与应变椭圆环连接，所述应变敏感径向梁表面敷设光纤光栅，所述光纤尾纤从应变敏感径向梁一端的锚固口引出。本实用新型有益效果：通过椭圆环及承载梁一体化结构实现光纤光栅的内部封装，利用椭圆应变环实现三个方向不同应变的传递，既能实现应变的测量，又能分辨出应变的方向，并且该传感器体积较小，易实现较小空间三维应变的同时测量。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域，特别涉及一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器。
背景技术
光纤光栅传感器具有尺寸小，重量轻，抗电磁干扰，复用性好等其它类型传感器不具备的优点，近年来光纤光栅传感器得到了广泛应用。光纤光栅应变传感器在航空航天、大型机电设备，桥梁建筑等各个工程领域广泛应用并发挥了重要作用。如李向华通过光纤光栅实现了三维编织复合材料结构的内应力测量；Carlos Rodrigues通过表贴式光纤光栅应变计实现了桥梁结构服役期应变的测量。
在光纤光栅三维应变测量方面，中国专利CN 102175366A通过三个光纤光栅传感器在基体材料三维方向的垂直放置实现了岩石三维应力状态的测量，但该应力测量方式本身需要黏贴多个传感器，并且传感器粘贴于岩石基体外表面，对传感器没有采取有效地的保护措施，埋设传感器时不可避免地对其造成损害。近年来，光纤光栅应变传感器得到了良好的发展，但是三维应变传感器的研究和应用很少报道。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提出了一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，该传感器通过椭圆环及承载梁一体化结构实现光纤光栅的内部封装，利用椭圆应变环实现三个方向不同应变的传递，既能实现应变的测量，又能分辨出应变的方向，并且该传感器体积较小，易实现较小空间三维应变的同时测量。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，包括：在三维直角坐标系的三个互相垂直的平面上分别放置中心重合的三个应变椭圆环，所述每一个应变椭圆环包括椭圆环和应变敏感径向梁，所述应变敏感径向梁与应变椭圆环锚固连接，所述应变敏感径向梁表面敷设光纤光栅，所述光纤尾纤从应变敏感径向梁一端的锚固口引出。
所述应变敏感径向梁与应变椭圆环所在的平面平行。
所述三个应变椭圆环的尺寸各不相同，以实现中心重合的三个应变椭圆环的相互垂直放置。
所述每一个应变敏感径向梁上敷设的光纤光栅引出后串联连接。
所述应变椭圆环的径向厚度及椭圆环厚度可调，三维应变传感器的测量应力范围通过调节应变椭圆环的径向厚度以及椭圆环厚度实现。
所述应变敏感径向梁选择碳纤维板作为基体，光纤光栅通过α-氰基丙烯酸乙酯与应变敏感梁相连，所述三个应变椭圆环选用的三根光纤光栅的中心波长不同，防止光纤光栅串联后波长相互干扰影响测量结果。
所述光纤尾纤从应变椭圆环的一端引出后，光纤尾纤通过光分路器与光源及波长解调设备连接。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型基于椭圆圆环的光纤光栅三维应变传感器，以光纤光栅作为核心敏感元件，利用中心重合且相互垂直的三个椭圆环实现三维应变的传递，通过三个应变矢量的叠加实现三维应变的测量。
通过椭圆环及承载梁一体化结构实现光纤光栅的内部封装，利用椭圆应变环实现三个方向不同应变的传递，既能实现应变的测量，又能分辨出应变的方向，并且该传感器体积较小，易实现较小空间三维应变的同时测量。
附图说明
图1为三维应变传感器的三维结构示意图；
图2为应变椭圆环的主视图；
图3为应变椭圆环的应变敏感径向梁示意图；
图4为固定外界应力作用下，应变椭圆环径向厚度与应变的对应关系。
其中，1.应变椭圆环一，2.应变椭圆环二，3.应变椭圆环三，4.应变椭圆环的应变敏感径向梁，5.光纤光栅，6.光纤尾纤，7.光源，8.光纤解调设备。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明：
本实用新型涉及的基于椭圆圆环的光纤光栅三维应变传感器如图1所示。该传感器主要包括中心重合且相互垂直的三个应变椭圆环。如图2和图3所示，应变椭圆环包括径向厚度及厚度可调的椭圆环及表面敷设光纤光栅5的应变敏感径向梁4，三个应变敏感径向梁4分别与坐标系的x，y，z坐标轴平行，光纤尾纤6从应变椭圆环的应变敏感径向梁4一端的锚固口引出与光源7及波长解调设备8连接。
应变椭圆环的应变敏感径向梁4以选择碳纤维板作为基体，选用α-氰基丙烯酸乙酯作为光纤光栅5和应变梁的粘合剂。为避免光纤光栅5串联后波长相关干扰影响测量测量结果的准确性，应变椭圆环所选用的光纤光栅5中心波长不同。
应变椭圆环的径向厚度及椭圆环厚度可调，三维应变传感器的测量应力范围通过调节应变椭圆环的径向厚度以及椭圆环厚度实现。固定外界应力作用下，应变椭圆环径向厚度与应变的对应关系如图4所示。
传感器测量原理进一步说明如下：当外界应力作用于应变椭圆环一1时，应变椭圆环的应变敏感径向梁4受到外界应力的影响产生应变，进而改变光纤光栅5的中心波长。通过光纤波长解调设备8解调光纤光栅中心波长的变化，从而测得对应椭圆环一1所在方向外界应力的应变值ε1。同理，应变椭圆环二2和应变椭圆环三3测量其所在方向的应变值为ε2，ε3。由于应变椭圆环所测得的应变具有方向性，通过矢量的叠加可得传感器所处三维空间内的应变值。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，其特征是，包括：在三维坐标系的三个平面上分别放置中心重合的三个应变椭圆环，所述每一个应变椭圆环包括椭圆环和应变敏感径向梁，所述应变敏感径向梁与应变椭圆环锚固连接，所述应变敏感径向梁表面敷设光纤光栅，所述光纤尾纤从应变敏感径向梁一端的锚固口引出。
2.如权利要求1所述的一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，其特征是，所述应变敏感径向梁与应变椭圆环所在的平面平行。
3.如权利要求1所述的一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，其特征是，所述三个应变椭圆环的尺寸各不相同以实现中心重合的三个椭圆环的相互垂直放置。
4.如权利要求1所述的一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，其特征是，所述每一个应变敏感径向梁上敷设的光纤光栅引出后串联连接。
5.如权利要求1所述的一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，其特征是，所述应变椭圆环的径向厚度及椭圆环厚度可调，三维应变传感器的测量应力范围通过调节应变椭圆环的径向厚度以及椭圆环厚度实现。
6.如权利要求1所述的一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，其特征是，所述应变敏感径向梁选择碳纤维板作为基体，光纤光栅通过α-氰基丙烯酸乙酯与应变敏感梁相连，所述三个应变椭圆环选用的三根光纤光栅的中心波长不同。
7.如权利要求1所述的一种基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器，其特征是，所述光纤尾纤从应变椭圆环的一端引出后，光纤尾纤通过光分路器与光源及波长解调设备连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720080214.3U CN206430704U (zh) | 2017-01-18 | 2017-01-18 | 基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720080214.3U CN206430704U (zh) | 2017-01-18 | 2017-01-18 | 基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN206430704U true CN206430704U (zh) | 2017-08-22 |
Family
ID=59582765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201720080214.3U Active CN206430704U (zh) | 2017-01-18 | 2017-01-18 | 基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN206430704U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106767483A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-05-31 | 山东大学 | 基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器 |
| CN109781021A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-05-21 | 浙江工业大学 | 用于原位实时监测钢筋周围混凝土锈裂应变场及锈裂预测的光纤光栅传感器 |
-
2017
- 2017-01-18 CN CN201720080214.3U patent/CN206430704U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106767483A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-05-31 | 山东大学 | 基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器 |
| CN109781021A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-05-21 | 浙江工业大学 | 用于原位实时监测钢筋周围混凝土锈裂应变场及锈裂预测的光纤光栅传感器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104764438B (zh) | 基于光纤光栅的可辨周向测斜传感器 | |
| CN103669429B (zh) | 基于fbg传感器的圆形实心混凝土桩桩身应变监测方法 | |
| CN108317965A (zh) | 一种具有光纤光栅的测量形变结构和方法 | |
| Fu et al. | Light intensity modulation fiber-optic sensor for curvature measurement | |
| WO2016112691A1 (zh) | 柔性压力传感器及其制造方法及柔性压力传感阵列 | |
| CN107121158B (zh) | 一种内封式悬臂梁光纤光栅传感器 | |
| CN205262638U (zh) | 用于对温度和应变同时测量的双芯光子晶体光纤传感器 | |
| CN206430704U (zh) | 基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器 | |
| CN108007619A (zh) | 一种利用光纤光栅测量锚杆侧向受力的方法 | |
| CN101713650A (zh) | 一种光纤光栅测斜仪及测斜算法 | |
| CN104697682A (zh) | 一种光纤光栅测力方法及传感器 | |
| CN114878858B (zh) | 基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置及方法 | |
| CN107037551A (zh) | 传感光缆 | |
| CN106767483A (zh) | 基于椭圆环的光纤光栅三维应变传感器 | |
| CN202329571U (zh) | 用于柔性防护网受力变形监测的光纤光栅弯曲传感器 | |
| Alias et al. | Highly sensitive temperature-independent FBG-based sensor embedded in thermoplastic polyurethane using 3D printing technology for the measurements of torsion | |
| CN107702659A (zh) | 碳纤维预浸料封装的分布式温度‑应变传感器及制作方法 | |
| CN205655954U (zh) | 基于马赫-增德尔干涉的光纤液压传感器 | |
| CN107631701A (zh) | 一种基于3d打印技术的光纤光栅智能测角仪 | |
| CN109633495A (zh) | 一种带温度补偿的光栅光纤磁场传感器及制备方法和基于其的分布式测量*** | |
| CN102192763A (zh) | 一种碳纤维封装的光纤布拉格光栅传感器及其制作方法 | |
| CN110045457A (zh) | 一种基于包层软化和多包层结构的声波增敏光纤 | |
| CN109163670A (zh) | 多点式光纤光栅孔壁应变计及孔壁应变检测方法 | |
| CN103528733B (zh) | 实时监测柔性绳索载荷和温度的梭形传感器 | |
| CN103741728B (zh) | 基于fbg传感器的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |