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一种光纤光栅差动应变片及其制作和使用方法
【专利摘要】本发明提供一种光纤光栅差动应变片，包括第一光纤光栅、第二光纤光栅、弹性体和安装臂，弹性体为一个中空的、既轴对称又中心对称的变形体；其中第一光纤光栅的两端粘贴在弹性体的一面，第二光纤光栅的两端粘贴在弹性体的另一面，第一光纤光栅和第二光纤光栅相互垂直，二者的光栅均通过弹性体的中心且不接触；所述的安装臂固定在弹性体的两侧，且与第一光纤光栅在同一方向；安装臂的厚度大于弹性体的厚度，安装臂上设有用于穿过第一光纤光栅的尾纤的开槽。本发明结构采用两端粘贴的方式，可保证光栅部位受力均匀，消除啁啾化现象，从而保证检测的精度，两端粘贴的方式还可使应变片的制作工艺更加简单，更易于操作。
【专利说明】一种光纤光栅差动应变片及其制作和使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤传感部件，具体涉及一种光纤光栅差动应变片及其制作和使用方法。
【背景技术】
[0002]为了进行结构的受力分析或监测受机械负载的构件，常使用电阻应变片检测被加载力的结构元件的应变。这种电阻应变片由基底、敏感栅、覆盖层以及引出线组成，敏感栅是电阻应变量转化为电阻变化量的敏感部分；基底和覆盖层具有定位和保护电阻丝与被测体绝缘的作用；引线起着连接测量导线的作用；为了检测与负载相关的应变，这些电阻应变片被敷设在被监测构件上，并通过测量敏感栅的电阻变化将应变转变为电信号，该信号与应变或作用力成比例。电阻应变片具有体积小、易于安装等特点，但它对于电磁场或高压场的影响十分敏感，并且在易燃易爆场合不允许使用。
[0003]光纤传感技术是伴随光纤通信技术而产生的一项重要发明，由于该技术采用的是光信号调制的方式，因此本质上具备良好的抗电磁干扰能力，同时随着制作工艺的深入研究和改进，使其具备宽动态监测范围、高灵敏度等特点，光信号传输距离长，便于组网实现分布式测量，这些优点均为工程监测提供了有效的解决办法，因此受到了国内外研究人员的广泛关注。但是，在光纤光栅传感器的工程应用中还存在着如下问题:(1)由于光纤光栅传感器对温度和应变均敏感，应用时需解决温度和应变交叉敏感的问题。(2)光纤光栅本身具有一定的长度，如果直接固化在被监测的构件上，则很难保证光栅所受的应变场是均匀的，这样就容易导致光纤光栅的啁啾化，影响测量的精度。(3)直接将光纤光栅固化于被监测体上，不便于工程化施工。

【发明内容】

[0004]本发明旨在克服光纤光栅传感技术上述的问题，提供一种结构简单、封装工艺易于操作的光纤光栅应变片。
[0005]本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为:一种光纤光栅差动应变片，其特征在于:它包括第一光纤光栅、第二光纤光栅、弹性体和安装臂，弹性体为一个中空的、既轴对称又中心对称的变形体；其中第一光纤光栅的两端粘贴在弹性体的一面，第二光纤光栅的两端粘贴在弹性体的另一面，第一光纤光栅和第二光纤光栅相互垂直，二者的光栅均通过弹性体的中心且不接触；所述的安装臂固定在弹性体的两侧，且与第一光纤光栅在同一方向；安装臂的厚度大于弹性体的厚度，安装臂上设有用于穿过第一光纤光栅的尾纤的开槽。
[0006]按上述方案，第一、第二光纤光栅与弹性体的粘贴点分别设有开槽。
[0007]按上述方案，所述的弹性体为圆环状变形体或中空正多边形变形体。
[0008]—种上述光纤光栅差动应变片的制作方法，其特征在于:
[0009]在弹性体的两面分别设置一对开槽，每对开槽的连线均通过弹性体的中心；[0010]安装臂固定在弹性体的两侧，且安装臂也设置开槽，安装臂的开槽与弹性体的其中一对开槽在同一直线上；
[0011]经过预拉伸的第一光纤光栅沿弹性体一面的开槽放置，其光栅位于弹性体的中心轴上且其尾纤放置在弹性体和安装臂的开槽中涂胶固定；经过预拉伸的第二光纤光栅沿弹性体另一面的开槽放置，其光栅位于弹性体的中心轴上且其尾纤放置在弹性体的开槽中涂胶固定。
[0012]利用上述制作方法制作的光纤光栅差动应变片的使用方法为:
[0013]将光纤光栅差动应变片通过安装臂固定在被监测体上，被监测体应变改变引起变形环的形变，进而使第一光纤光栅和第二光纤光栅中心波长差发生变化，通过检测两个光纤光栅中心波长差的变化量，得出被监测体所产生的应变量。
[0014]本发明的有益效果为:
[0015]1、利用本发明结构的光纤光栅应变片及制作方法，使两光栅波长变化量之差仅与应变片受力的大小线性相关，而与温度无关，消除了应变和温度的交叉敏感；本发明结构采用两端粘贴的方式，可保证光栅部位受力均匀，消除啁啾化现象，从而保证了检测的精度，两端粘贴的方式还可使应变片的制作工艺更加简单，更易于操作，这将为光纤光栅传感技术的推广和应用提供有力的支持；安装臂略厚于弹性体，以保证应变片仅通过安装臂感知被监测体的受力，从而带动弹性体产生形变，可消除应变片直接接触被监测体时受力不均影响应变片的准确性和一致性。
[0016]2、第一、第二光纤光栅均须预拉伸后粘贴于弹性体上，这样能使弹性体对正负应变均可实现感知。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1为本发明一实施例的结构示意图。
[0018]图2为图1的俯视图。
[0019]图3为本发明另一实施例的结构示意图。
[0020]图4为图3的俯视图。
[0021]图中:1-第一光纤光栅，2-第二光纤光栅，3-环状变形体，4-第一安装臂，5-第二安装臂
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
[0023]一种光纤光栅差动应变片，其特征在于:它包括第一光纤光栅、第二光纤光栅、弹性体和安装臂，弹性体为一个中空的、既轴对称又中心对称的变形体；其中第一光纤光栅的两端粘贴在弹性体的一面，第二光纤光栅的两端粘贴在弹性体的另一面，第一光纤光栅和第二光纤光栅相互垂直，二者的光栅均通过弹性体的中心且不接触；所述的安装臂固定在弹性体的两侧，且与第一光纤光栅在同一方向；安装臂的厚度大于弹性体的厚度，安装臂上设有用于穿过第一光纤光栅的尾纤的开槽。
[0024]实施例一:
[0025]图1为本发明实施例一的结构示意图，图2为图1的俯视图，它包括第一光纤光栅1、第二光纤光栅2、弹性体和安装臂，弹性体为一个圆环状变形体3 (本实施例中使用的是钢制的圆环状变形体)；其中第一光纤光栅I的两端粘贴在圆环状变形体3的一面，第二光纤光栅2的两端粘贴在圆环状变形体3的另一面,第一光纤光栅I和第二光纤光栅2相互垂直，二者的光栅均通过圆环状变形体3的圆心轴且不接触；所述的安装臂固定在圆环状变形体3的两侧,分为第一安装臂4和第二安装臂5,且与第一光纤光栅I在同一方向；安装臂的厚度略大于(厚度差大于光纤的直径即可)圆环状变形体3的厚度，安装臂上设有用于穿过第一光纤光栅I的尾纤的开槽。在圆环状变形体3上也有开槽用于第二光纤光栅2尾纤的引出。
[0026]当在圆环状变形体上的第一光纤光栅固化的两端位置加载力F时,第一光纤光栅和第二光纤光栅产生的应变量分别是:
【权利要求】
1.一种光纤光栅差动应变片，其特征在于:它包括第一光纤光栅、第二光纤光栅、弹性体和安装臂，弹性体为一个中空的、既轴对称又中心对称的变形体；其中第一光纤光栅的两端粘贴在弹性体的一面，第二光纤光栅的两端粘贴在弹性体的另一面，第一光纤光栅和第二光纤光栅相互垂直，二者的光栅均通过弹性体的中心且不接触；所述的安装臂固定在弹性体的两侧，且与第一光纤光栅在同一方向；安装臂的厚度大于弹性体的厚度，安装臂上设有用于穿过第一光纤光栅的尾纤的开槽。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅差动应变片，其特征在于:第一、第二光纤光栅与弹性体的粘贴点分别设有开槽。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅差动应变片，其特征在于:所述的弹性体为圆环状变形体或中空正多边形变形体。
4.一种权利要求1或2或3所述的光纤光栅差动应变片的制作方法,其特征在于: 在弹性体的两面分别设置一对开槽，每对开槽的连线均通过弹性体的中心； 安装臂固定在弹性体的两侧，且安装臂也设置开槽，安装臂的开槽与弹性体的其中一对开槽在同一直线上； 经过预拉伸的第一光纤光栅沿弹性体一面的开槽放置，其光栅位于弹性体的中心轴上且其尾纤放置在弹性体和安装臂的开槽中涂胶固定；经过预拉伸的第二光纤光栅沿弹性体另一面的开槽放置，其光栅位于弹性体的中心轴上且其尾纤放置在弹性应变片的开槽中涂胶固定。
5.利用权利要求4所述的光纤光栅差动应变片的制作方法制作的光纤光栅差动应变片的使用方法为: 将光纤光栅差动应变片通过安装臂固定在被监测体上，被监测体应变改变引起变形环的形变，进而使第一光纤光栅和第二光纤光栅中心波长差发生变化，通过检测两个光纤光栅中心波长差的变化量，得出被监测体所产生的应变量。
【文档编号】G01B11/16GK103940359SQ201410160233
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】潘建军, 李维来, 王立新, 刘捷, 鲁晓珊, 庞锦 申请人:武汉理工大学