專利名稱：光纖光柵管道應(yīng)力箍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種光纖光柵管道應(yīng)力箍，是一種應(yīng)力檢測裝置，是一種鋼管道
與海洋平臺導(dǎo)管架長期健康監(jiān)測的裝置，特別適于大型鋼管結(jié)構(gòu)的軸力、彎矩監(jiān)測。
背景技術(shù)：
1978年Hill等人發(fā)現(xiàn)含鍺光纖具有光敏性并研制出世界上第一根光纖光柵。 1989年Meltz等人報道了利用紫外線側(cè)寫入技術(shù)制造光纖光柵，大大地提高了光纖光柵的 寫入效率。1993年Hil1等人利用相位掩模法側(cè)寫入光柵進一步提高了光纖光柵寫入效率。 人們利用這一技術(shù)可以方便地制作各種常數(shù)的光纖光柵，使得成本大大降低，為其廣泛應(yīng) 用奠定了基礎(chǔ)。1989年Morey等人報道了光纖光柵溫度、應(yīng)變及靜水壓力傳感特性，從此光 纖光柵在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用引起了人們的廣泛重視。作為一種新型的結(jié)構(gòu)智能傳感元件，光 纖光柵諸多優(yōu)點，如不受電磁干擾、不受潮濕環(huán)境影響、壽命長、可實現(xiàn)準(zhǔn)分布、體積小、質(zhì) 量輕、頻帶寬、信號衰減小，使其成為替代傳統(tǒng)電阻應(yīng)變計的傳感器首選。由于光纖光柵非 常纖細(xì)，外徑約為125微米左右，其主要成分是Si(^，抗剪能力很差，特別脆弱，難以在土木 工程施工的惡劣環(huán)境下存活，因此必須采取有效封裝措施進行保護。所以需要一種好的封 裝方法，既能適于傳感器的布設(shè)，保證光纖光柵的存活，又能保證應(yīng)變的良好界面?zhèn)鬟f。已 有技術(shù)中有的將光纖光柵封裝在不銹鋼等剛性材料中，但只能監(jiān)測到具體某一點的應(yīng)力與 應(yīng)變。對于石油管道或者導(dǎo)管架海洋平臺鋼管這樣的直徑高達(dá)幾十公分甚至上百公分的管 狀結(jié)構(gòu)來說，測量一個點的應(yīng)力應(yīng)變是不能獲得鋼管軸力與彎矩這樣的內(nèi)力值的。 光纖光柵直徑小、質(zhì)地脆，容易被破壞。目前報道的光纖光柵傳感器雖然能夠?qū)?纖光柵實現(xiàn)封裝保護。但應(yīng)用于石油管道、海底管線、導(dǎo)管架海洋平臺鋼管監(jiān)測時，將會面 臨布設(shè)困難，傳感器定位困難，成活率低，安裝保護工藝繁瑣等困難。要將光纖光柵傳感技 術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于管道結(jié)構(gòu)監(jiān)測中，就必須進行有效的封裝以確保光纖光柵在作業(yè)過程中不 被破壞，從而提高其安裝效率與成活率，同時還要保證結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變能夠有效傳遞到光纖 光柵上。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種具有良好的應(yīng)變傳遞性能，能夠方便快 捷的監(jiān)測鋼管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)力(軸力、彎矩)的光纖光柵管道應(yīng)力箍。在現(xiàn)場布設(shè)過程中，該應(yīng) 力箍可以直接卡箍在鋼管結(jié)構(gòu)外壁，通過焊接或螺栓連接方式與被測管道結(jié)合在一起。 本實用新型的技術(shù)方案如下 —種光纖光柵管道應(yīng)力箍，包括兩個緊密套在鋼管表面上的鋼套箍、光柵、 光導(dǎo)纖維，鋼套箍是橫截面為半圓形，兩個鋼套箍之間通過連接處連接；光纖光柵 按準(zhǔn)分布方式被集成安裝布設(shè)在管道應(yīng)力箍內(nèi)，每個光纖光柵之間由光導(dǎo)纖維串接。4支光 纖光柵按準(zhǔn)分布方式被集成安裝布設(shè)在管道應(yīng)力箍內(nèi)，光纖光柵之間由光導(dǎo)纖維串接。管 道應(yīng)力箍兩端引出傳輸段光導(dǎo)纖維，連接若干個管道應(yīng)力箍聯(lián)合應(yīng)用或與其他套箍聯(lián)合使用。 本實用新型的管道應(yīng)力箍包括兩個可以緊密套在鋼管表面上的鋼套箍、光柵、光
導(dǎo)纖維，鋼套箍是橫截面為半圓形，兩個鋼套箍之間在連接處緊密連接。光纖光柵按準(zhǔn)分布
方式被集成安裝布設(shè)在管道應(yīng)力箍內(nèi)，每個光纖光柵之間由單模光導(dǎo)纖維串接。 在光纖光柵管道應(yīng)力箍的兩端都可以引出傳輸段單模光導(dǎo)纖維，方便連接若干個
應(yīng)力箍準(zhǔn)分布聯(lián)合應(yīng)用。 現(xiàn)場監(jiān)測安裝時，將兩個鋼套箍直接套箍在鋼管外部，交接處采用高強螺栓牢固
連接。鋼套箍與鋼管之間采用焊接式連接，保證鋼套箍與鋼管協(xié)同變形。光纖光柵管道應(yīng)
力箍的信號由單模光導(dǎo)纖維輸出，也可以根據(jù)實際情況引出兩根光導(dǎo)纖維從而實現(xiàn)與其他
套箍的準(zhǔn)分布監(jiān)測。 本實用新型的有益效果是 1、適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低； 2、可以直接實現(xiàn)對管道軸力與彎矩的測量； 3、可以通過不同應(yīng)力箍之間的串聯(lián)，形成準(zhǔn)分布式傳感網(wǎng)絡(luò)； 4、具有對測量結(jié)果的溫度補償功能。 5、傳感器布設(shè)方便、快捷、成活率高。

附圖1是光纖光柵管道應(yīng)力箍結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖2是光纖光柵管道應(yīng)力箍橫截面示意圖。
圖中:1鋼管;2光導(dǎo)纖維;3光柵;4、6鋼套箍;5交接處。
具體實施方案 以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實施例。 針對管道特點，首先應(yīng)用有限元優(yōu)化設(shè)計方法研究光纖光柵管道應(yīng)力箍的最優(yōu)封 裝幾何尺寸參數(shù)，其次，優(yōu)化各光纖光柵波分復(fù)用的準(zhǔn)分布布設(shè)技術(shù)；再次，對不同尺寸厚 度的鋼管套箍進行操作可行性分析，綜合考慮封裝結(jié)構(gòu)的耐久性等問題，選用高耐久性粘 結(jié)劑進行封裝。在同一根單模光纖上，串聯(lián)具有不同布拉格波長的光纖光柵。串聯(lián)融接過 程，采用優(yōu)化融接工藝，保證光纖光損為最小。最后，確定光纖光柵管道應(yīng)力箍的封裝結(jié)構(gòu) 形式如附圖中圖l和圖2所示。 如圖2所示，光纖光柵應(yīng)力箍結(jié)構(gòu)組成包括兩個橫截面為半圓形的鋼套箍4、6。采 用專用樹脂類膠將4支光纖光柵3按照特定布設(shè)方式分別粘貼在鋼套管4、6內(nèi)。每個光纖 光柵之間由單模光導(dǎo)纖維連接，實現(xiàn)準(zhǔn)分布?，F(xiàn)場監(jiān)測安裝時，將兩個鋼套箍4、6直接套箍 在鋼管1外部，交接處5采用高強螺栓牢固連接。鋼套箍4、6與鋼管之間采用焊接式連接， 保證鋼套箍與鋼管協(xié)同變形。光纖光柵管道應(yīng)力箍的信號由單模光導(dǎo)纖維2輸出，也可以 根據(jù)實際情況引出兩根光導(dǎo)纖維從而實現(xiàn)與其他套箍的準(zhǔn)分布監(jiān)測。
權(quán)利要求一種光纖光柵管道應(yīng)力箍，包括兩個緊密套在鋼管表面上的鋼套箍(4、6)、光柵(2)、光導(dǎo)纖維(3)，其特征在于鋼套箍是橫截面為半圓形，兩個鋼套箍之間通過連接處(5)連接；光纖光柵按準(zhǔn)分布方式被集成安裝布設(shè)在管道應(yīng)力箍內(nèi)，每個光纖光柵之間由光導(dǎo)纖維(3)串接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種光纖光柵管道應(yīng)力箍，其特征還在于4支光纖光柵(2) 按準(zhǔn)分布方式被集成安裝布設(shè)在管道應(yīng)力箍內(nèi)，光纖光柵之間由光導(dǎo)纖維(3)串接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖光柵管道應(yīng)力箍，其特征還在于管道應(yīng)力箍兩端 弓I出傳輸段光導(dǎo)纖維，連接若干個管道應(yīng)力箍聯(lián)合應(yīng)用或與其他套箍聯(lián)合使用。
專利摘要本實用新型涉及一種光纖光柵管道應(yīng)力箍，是一種應(yīng)力檢測裝置，是一種鋼管道與海洋平臺導(dǎo)管架長期健康監(jiān)測的裝置，特別適于大型鋼管結(jié)構(gòu)的軸力、彎矩監(jiān)測。其包括兩個緊密套在鋼管表面上的鋼套箍、光柵、光導(dǎo)纖維，鋼套箍是橫截面為半圓形，兩個鋼套箍之間緊密連接；光纖光柵按準(zhǔn)分布方式被集成安裝布設(shè)在管道應(yīng)力箍內(nèi)，光纖光柵之間由光導(dǎo)纖維串接。本實用新型提供了一種具有良好的應(yīng)變傳遞性能，能夠方便快捷的監(jiān)測鋼管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)力(軸力、彎矩)的光纖光柵管道應(yīng)力箍。該管道應(yīng)力箍適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，成活率高，并具有對測量結(jié)果的溫度補償功能。
文檔編號G01L3/00GK201535705SQ200920302469
公開日2010年7月28日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者歐進萍, 趙雪峰, 路杰 申請人:大連理工大學(xué)