CN2513078Y

CN2513078Y - 光纤法珀应变测量仪

Info

Publication number: CN2513078Y
Application number: CN 01256837
Authority: CN
Inventors: 陈伟民; 朱永; 符欲梅; 黄尚廉
Original assignee: 陈伟民
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2002-09-25
Anticipated expiration: 2011-12-07

Abstract

光纤法珀应变测量仪,包括光纤法珀应变传感头,传感头的光纤与耦合器相连,耦合器一路连接至宽带光源,另一路通过光谱仪输出至计算机;耦合器、宽带光源和光谱仪置于一外壳内。传感头金属保护座之外再套有隔离套管,并在隔离套管与两法兰盘之间或隔离套管中部接有弹性密封连接段。本测量仪的特点之一是便于携带,制作容易且成本较低;之二是该光纤法珀应变测量仪既能消除混凝土结构对传感头产生的横向挤压与弯曲力,使之完全符合传感器只承受纯径向应变的要求,符合混凝土应变测量的刚度匹配原则。

Description

光纤法珀应变测量仪

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种光纤法珀应变测量仪。

背景技术

大型桥梁、大坝、公路、隧道、高层建筑等的建造过程及建造完后的使用过程中均需应变监测以保证建造与运行质量。在欧美发达国家，已研制出长期稳定性极好的波长、位相类光纤应变传感器和能满足大型结构测点众多要求的还多传感器串连复用***样机。如加拿大卡尔加里市的Alberta大桥、韩国的Sungsan大桥安装了光纤光栅应变传感器、瑞士的Schiffenen大坝安装了光纤迈克尔逊应变传感器、Turner Fairbanks高速公路安装了光纤FP应变传感器。但这类传感器各自都存在一些不足：对于光纤光栅，由于是用紫外强激光照射掺杂光纤而在光纤内部形成的立***相光栅，故它的制作设备复杂、价格昂贵，而且光纤光栅在作为应变传感器时，受外界的温度影响较严重。对于光纤迈克尔逊应变传感器，它只能感受一段距离内的平均应变，无法测量确定位置的应变，并且还存在安装、操作十分复杂，价格昂贵等缺点。而对于安装在Turner Fairbanks高速公路上光纤FP应变传感器，它只是一个原理验证性的实验***，而且其采用串联式结构布局，使整个***臃肿，不利于在实际工程中应用。上述所有的传感器还有一个共同的问题在其传感头的结构上，它们普遍是在裸光纤传感器外加装带有法兰盘的条形金属保护座。在实际使用中，这种传感头存在下列问题。1)、不符合混凝土应变测量的刚度匹配原则：由于金属保护座的刚度远大于混凝土的刚度，这样的传感头埋入混凝土结构后将成为混凝土内直接承受结构内力的骨架，影响混凝土内部应力分布，因此其测量结果将难以反映混凝土结构内部真实受力产生的应变。2)、会产生附加横向应变。光纤应变传感器只是用于测量沿其轴向的应变，因此在混凝土结构施工过程中将其埋入混凝土结构时，必须按指定方向、用钢丝或其他辅助方式捆扎固定在结构内指定位置处，以免在混凝土浇注、振捣施工过程中传感头被挤压移位，偏离预设的关键部位。但捆扎之后，一般都会在捆扎处产生应力集中、从而使传感头产生横向弯曲应变；另外金属保护座的周边直接与混凝土接触，使混凝土不仅对传感头产生轴向应力，还可能产生横向挤压力，这些横向挤压力与捆扎产生的弯曲共同作用，将对传感器的轴向应变测量结果产生极大的负面影响。

本实用新型针对现有技术中存在的上述不足，目的之一在于提供一种便于携带，制作容易且成本较低的光纤法珀应变测量仪；目的之二在于该光纤法珀应变测量仪既能消除混凝土结构对传感头产生的横向挤压与弯曲力，使之完全符合传感器只承受纯径向应变的要求，符合混凝土应变测量的刚度匹配原则。

发明内容

光纤法珀应变测量仪，包括光纤法珀应变传感头，其特征在于所述光纤法珀应变传感头的光纤与耦合器相连，耦合器一路连接至宽带光源，另一路通过光谱仪输出至计算机；耦合器、宽带光源和光谱仪置于一外壳内。

所述的光纤法珀应变传感头包括原有的混凝土结构埋入式光纤应变传感头结构，即包括有固定在两端带法兰盘的硬质保护座内的裸光纤应变传感器及其引出光纤。在原有光纤应变传感头的金属保护座之外再套有隔离套管，并在隔离套管与两法兰盘之间或隔离套管中部接有弹性密封连接段。

本测量仪的优点：

1、本应变测量仪将宽带光源、耦合器和光谱仪集成为一个一体化仪器，便于携带。与光纤光栅应变仪相比，本实用新型制造设备要求条件低，长期稳定性好，不受环境温度的影响。

2、由于采用了结构更合理的传感头，带来以下效果；

1)、由于采用了隔离套管，因而能隔绝混凝土中的各种横向作用力对传感头的影响。

2)、由于在隔离套管上设置了弹性密封连接段，因而隔离套管不影响传感头的受力状况。

3)、由于隔离套管的尺寸远大于金属保护座的断面尺寸，因而能保证混凝土结构应变测量对传感器的刚度匹配要求。

附图说明

图1为本应变测量仪的原理结构图。

图2为光纤法珀应变传感头结构示意图。

具体实施方式

参见图1，光纤法珀应变测量仪由光纤法珀应变传感头、集成于一外壳内的单模光纤耦合器、宽带光源、透镜、光栅和CCD以及外接的计算机构成。光纤法珀应变传感头的尾纤连接单模光纤耦合器，在该耦合器处分成两路，一路连接至宽带光源，另一路依次连接依次串联的透镜、光栅和CCD，最后输出至计算机。透镜、光栅和CCD可以换为光谱仪，而CCD也可用光电二极管阵列替换。本例中耦合器选用1：1X型单模光纤耦合器。宽带光源选用电子部44所制OS3-B型，波长850nm，带宽30nm。透镜包括准直透镜和成象透镜，准直透镜直径4mm，为1/4节距自聚焦透镜，成象透镜有效孔径4mm，焦距100mm。光栅1200线/mm，闪耀波长850nm。

参见图2，光纤法珀应变传感头由裸光纤传感器1、金属保护座2及其法兰盘3、隔离套管5和弹性密封连接段6构成。裸光纤传感器1置于金属保护座2内并引出连接尾纤4，在保护座2之外套有一个内径远大于其断面尺寸的隔离套管5，隔离套管5通过两段弹性密封连接件(可以用波纹管)6连接于两法兰盘3之间。

Claims

1.光纤法珀应变测量仪，包括光纤法珀应变传感头，其特征在于所述光纤法珀应变传感器的尾纤与耦合器相连，耦合器一路连接至宽带光源，另一路通过光谱仪输出至计算机；耦合器、宽带光源和光谱仪置于一外壳内。

2.根据权利要求1所述的光纤法珀应变测量仪，其特征在于所述的光纤法珀应变传感头包括固定在两端带法兰盘的硬质保护座内的裸光纤应变传感器及其引出光纤，硬质保护座之外、两法兰盘之间再套有隔离套管。

3.根据权利要求2所述的光纤法珀应变测量仪，其特征在于在隔离套管的中部接有弹性密封连接段。

4.根据权利要求2所述的光纤法珀应变测量仪，其特征在于在隔离套管两端接有弹性密封连接段。

5.根据权利要求2、3或4所述的光纤法珀应变测量仪，其特征在于隔离套管直径应大于保护座的外径，在两者之间有足够的空间。

6.根据权利要求1或2所述的光纤法珀应变测量仪，其特征在于所述光谱仪可用依次串联的透镜、光栅和CCD替换。

7.根据权利要求6所述的光纤法珀应变测量仪，其特征在于所述CCD可换用光电二极管阵列。