专利名称：基于光纤光栅的路面结构应力应变计的制作方法
技术领域：
本实用新型属于路面结构测试技术领域，具体涉及一种基于光纤光栅的路面结构应力应变计。·
背景技术：
在桥梁、大坝和路面等结构的修建及运营过程中，混凝土的应力应变监测是一项极为重要的工作。对结构的控制断面进行监测，可及时了解结构健康状况、确保结构安全，为结构的施工、运营以及加固维修提供依据。混凝土的应力测试比较复杂，通常的做法是通过应变计测量混凝土的应变来间接地测量混凝土的应力。目前常用的应变计有电阻式应变计、差动式应变计和振弦式应变计等几种，其中，振弦式应变计具有稳定性好、抗干扰能力强、数据采集方便等优点，是目前应用最为广泛的应变计，但是这种应变计灵敏性差、分辨率低，所测量的数据都必须进行分析处理后才能反映混凝土的应力和应变；高速公路等公路路面结构层一般较�。裣沂接Ρ浼瞥叽缃洗螅皇屎霞嗖饴访娼峁沟挠Ρ�。
发明内容针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种基于光纤光栅的路面结构应力应变计，该装置灵敏度高、分辨率高，结构简单、操作方便、成本低、可实现自动检测，填补了现有应变监测技术的空白。为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术解决方案一种基于光纤光栅的路面结构应力应变计，包括光纤光栅解调仪、光纤Bragg光栅传感器、铠装光纤、和移动电脑，其中，所述光纤光栅解调仪包括激光器、光探测器、耦合器，所述激光器、光探测器分别连接耦合器；所述光纤Bragg光栅传感器与铠装光纤相熔接，光纤Bragg光栅传感器通过FC跳线与光纤光栅解调仪中的耦合器连接，光纤光栅解调仪中的光探测器与移动电脑连接。所述的光纤光栅解调仪采用SM130型光纤解调仪。所述的光纤Bragg光栅传感器长度为50mm,直径为5mm。所述的铠装光纤采用单芯室内铠装光纤。本实用新型的优点如下本实用新型的最大特点和优点在于传感器尺寸非常�。芄宦懵访娼峁褂Ρ洳馐缘奶厥庖螅⑶野沧�、测试对路面结构影响非常�。负蹩梢院雎圆患�。与传统应变计相比较，光纤传感器除了尺寸小、重量轻、耐腐蚀、抗电测干扰、使用安全可靠、操作简单之外，还具有以下特点1)分辨率高，远远超过振弦式应变计；2)光纤传感器属于波长调制型，抗千扰能力强；3)与光纤具有天然的耦合性，集“传”与“感”于一体且具有更强的复用能力，易于构成准分布式传感网络；4)测量对象广泛，易于实现多参数传感测量。5)可重复使用、易于保护和维修，可实现长期监测，长期稳定性好，信号传输距离远。
图I是本实用新型的连接框图。图2是传感器在待测路面结构上安装示意图。图3是光纤Bragg光栅传感器的温度传感特性曲线。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进一步解释说明。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型的基于光纤光栅的路面结构应力应变计，包括光纤光栅解调仪I、光纤Bragg光栅传感器5、铠装光纤(传导光纤)6、和移动电脑8，其中，所述光纤光栅解调仪I包括激光器2、光探测器3、耦合器4，所述激光器2、光探测器3分别连接耦合器4 ;所述光纤Bragg光栅传感器5与铠装光纤6采用光纤熔接机相熔接，光纤Bragg光栅传感器5通过FC跳线9与光纤光栅解调仪I中的耦合器4连接，光纤光栅解调仪I中的光探测器3与移动电脑8连接。移动电脑8通过其自身安装的光纤Bragg光栅解调软件实时监测光纤Bragg光栅传感器5的应变变化。光纤光栅解调仪I :采用SM130型光纤解调仪，其对光纤光栅波长的移动的探测达到了皮米量级的高分辨率，因此具有测量灵敏度高的特点。数据监测过程中，只需要探测到光栅波长分布图中波峰的位置即可，对光强的波动不敏感，因此比传统传感器具有更高的抗干扰能力。在测量过程中个，温度的影响较大，需要进行温度补偿。补偿方法是在监测路段中埋设一根温度补偿光栅，该光栅不受路面应变变化影响，而只受温度影响。光纤Bragg光栅传感器5 :采用石英位相式透射光栅，通过相位掩膜法制作而成，也可采用现有光栅传感器，如MO公司出产的光纤Bragg光栅传感器；光纤Bragg光栅传感器5的尺寸及其封装设计光栅长度为20mm，纤芯直径9 μ m,包层外径为125 μ m,涂覆层外径250 μ m。经过细钢管封装后的光纤Bragg光栅传感器5长度50mm,直径5mm,与传导光纤6通过光纤焊接机连接，两端安装FC跳线。细钢管封装光纤光栅时需要注意光纤光栅需要准确平直的放置在细钢管的正中间，细钢管材质必须具有耐腐蚀性、抗疲劳性，弹性范围宽，与基体材料粘结性好。选择胶粘剂时需注意胶粘剂需要适用于光纤和不锈钢的粘接性能，需要有较高的抗剪强度和耐久性。胶粘剂内不能出现气泡，否则胶粘剂凝固后会使光纤光栅产生不均匀变形，影响反射波峰。铠装光纤(传导光纤)6 :采用单芯室内铠装光纤，其结构为光纤+芳纶(起抗拉作用)+不锈钢软管(起抗压、抗弯曲、防鼠咬的作用)+不锈钢编织丝(起抗扭的作用)+外护套(使用PVC )。参见图2，在需要进行应变测试的路面结构上开槽，安装光纤Bragg光栅传感器5，槽的尺寸视传感器及铠装光纤的尺寸而定，并且要满足施工需求，开槽的路线尽量平直，转折处采用弧线转弯，避免出现直角，以免光纤折断。光纤铺设完毕后，光栅部分采用空心钢管内部填充胶粘剂固定在槽底进行保护。多个光纤Bragg光栅传感器5通过不同光纤光栅
的反射光波长(AnA2A 3.................. λ η)与待测结构沿线各测量点(I, 2，3……η) —一
对应，分别测试结构沿线分布各点的应力应变。在光纤Bragg光栅的工程应用中必须考虑消除温度的影响。采用温度特性实验得到温度变化时光纤Bragg光栅中心波长的变化规律。把将要在测斜管上使用的光纤BraggCN 202748010 U
书
明
说
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光栅放入细钢管内自由悬空，细钢管用胶粘剂固定在基底试件上。同时在光纤Bragg光栅附近放置热电偶，然后一起放入封闭的保温箱中。保温箱下部放置电磁炉作为热源。光纤Bragg光栅连接解调仪记录光栅中心波长变化，热电偶连接温度计记录温度变化。测量结果之一如图12所示。从图中可以看出，光纤Bragg光栅的中心波长与温度具有良好的线性关系，具有良好的重复性。中心波长为1549. 74nm的光栅，温度每变化1°C，光栅中心波长变化10.9pm。根据温度传感理论计算可以得到温度变化1°C光栅中心波长变化为11. 6pm。结果 说明试验值与理论值符合的较好，误差仅为6. 03%。误差的产生可能与采用的试验装置的精度有关。 温度变化量的测量方法是在测斜管上布设光纤Bragg光栅传感器5之后，在每个光纤Bragg光栅传感器5的同一位置上布设电子测温计，保证两者温度相同。然后在每一次测量光纤Bragg光栅中心波长变化的同时，测量温度变化。应变引起的中心波长变化量为Λ λΒε = Λ λΒ-ΚτΛ \，其中，Δ λ B为光纤Bragg光栅中心波长的总变化量。
权利要求1.一种基于光纤光栅的路面结构应力应变计，其特征在于，包括光纤光栅解调仪(I)、光纤Bragg光栅传感器(5)、铠装光纤(6)、和移动电脑(8)，其中，所述光纤光栅解调仪(I)包括激光器(2)、光探测器(3)、耦合器(4)，所述激光器(2)、光探测器(3)分别连接耦合器(4);所述光纤Bragg光栅传感器(5)与销装光纤(6)相熔接,光纤Bragg光栅传感器(5)通过FC跳线(9)与光纤光栅解调仪(I)中的耦合器(4)连接，光纤光栅解调仪(I)中的光探测器(3)与移动电脑(8)连接。
2.如权利要求I所述的基于光纤光栅的路面结构应力应变计，其特征在于，所述的光纤光栅解调仪(I)采用SM130型光纤解调仪。
3.如权利要求I所述的基于光纤光栅的路面结构应力应变计，其特征在于，所述的光纤Bragg光栅传感器(5)长度为50mm,直径为5mm。
4.如权利要求I所述的基于光纤光栅的路面结构应力应变计，其特征在于，所述的铠装光纤(6 )采用单芯室内铠装光纤。
专利摘要本实用新型公开了一种基于光纤光栅的路面结构应力应变计，包括光纤光栅解调仪、光纤Bragg光栅传感器、铠装光纤、和移动电脑，其中，所述光纤光栅解调仪包括激光器、光探测器、耦合器，所述激光器、光探测器分别连接耦合器；光纤Bragg光栅传感器与铠装光纤相熔接，光纤Bragg光栅传感器通过FC跳线与光纤光栅解调仪中的耦合器连接，光纤光栅解调仪中的光探测器与移动电脑连接。光纤光栅解调仪采用SM130型光纤解调仪。光纤Bragg光栅传感器长度为50mm，直径为5mm。该装置灵敏度高、分辨率高，结构简单、操作方便、成本低、可实现自动检测，填补了现有应变监测技术的空白。
文档编号G01B11/16GK202748010SQ201220308238
公开日2013年2月20日 申请日期2012年6月28日 优先权日2012年6月28日
发明者翁效林, 朱鸿鹄, 刘保健, 马豪豪, 姚贝贝 申请人:长安大学
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