專利名稱：新型光纖光柵的多點(diǎn)裂縫監(jiān)測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型光纖光柵多點(diǎn)裂縫監(jiān)測器，具體的說是一種能夠同時(shí)測量多 個(gè)測點(diǎn)溫度與裂縫大小的高精度光纖光柵傳感器。
背景技術(shù)：
目前在隧道、煤礦等大型工程領(lǐng)域與橋梁、大型建筑等大型結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，受施工 條件與工程服役時(shí)間的影響，易出現(xiàn)裂縫，造成了巨大的隱患，因此實(shí)施監(jiān)測關(guān)鍵點(diǎn)的裂縫 發(fā)生發(fā)展過程具有重要意義。目前大多采用振弦式裂縫計(jì)，防水性能差，壽命短，易發(fā)生零 點(diǎn)漂移，嚴(yán)重限制了它的廣泛應(yīng)用。光纖光柵是一種性能優(yōu)良的溫度傳感器件，與傳統(tǒng)的電傳感器等相比具有體積 小，精度高，防水性能強(qiáng)，易于組網(wǎng)等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，受到科研人員與工程技術(shù)人員的青睞。尤 其是聚合物光纖光柵，除了具有普通光柵的優(yōu)點(diǎn)外，還具有溫度和應(yīng)變靈敏度高，測量范圍 大，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。并且聚合物光纖光柵與石英光柵的溫度系數(shù)與應(yīng)變系數(shù)不同，因此同 時(shí)應(yīng)用這兩種不同材料的光柵能夠?qū)崿F(xiàn)溫度和應(yīng)變的解耦。在實(shí)際工程領(lǐng)域，要求快速精確地測量結(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部的溫度與裂縫，目前沒有 新型光纖光柵多點(diǎn)裂縫監(jiān)測器的報(bào)道，并且未見相關(guān)專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測量精度高，測量范圍大， 具有良好的防水性能，抗電磁干擾，并且安裝方便的光纖光柵裂縫監(jiān)測器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案新型光纖光柵的多點(diǎn)裂縫監(jiān)測器，它包括多個(gè)串聯(lián)的光纖光柵裂縫監(jiān)測器，每個(gè) 光纖光柵裂縫監(jiān)測器均包括套管，套管的一端與基座I滑動(dòng)連接，另一端與基座II滑動(dòng)連 接；套管內(nèi)設(shè)有傳輸光纖，傳輸光纖上設(shè)有光纖光柵，傳輸光纖一端與基座I連接，另一端 與彈性體一端連接，所述彈性體另一端與基座II連接。所述傳輸光纖為兩根平行放置的傳輸光纖，其中一根為聚合物傳輸光纖，另一根 為石英傳輸光纖；聚合物傳輸光纖和石英傳輸光纖上分別設(shè)有光纖光柵。所述光纖光柵包括多個(gè)串聯(lián)的聚合物光纖光柵及多個(gè)串聯(lián)的石英光纖光柵，聚合 物光纖光柵設(shè)在聚合物傳輸光纖上，石英光纖光柵設(shè)在石英傳輸光纖上。所述基座I或基座II為相鄰光纖光柵裂縫監(jiān)測器的共用基座。原理首先將基于聚合物光纖光柵及石英光纖光柵的多點(diǎn)裂縫監(jiān)測器固定在待測 點(diǎn)處，若待測點(diǎn)處產(chǎn)生裂縫，則基座之間的距離發(fā)生變化，使彈性體伸長產(chǎn)生對聚合物光纖 光柵與石英光纖光柵的拉力，使兩個(gè)光柵的中心波長發(fā)生變化。裂縫越大聚合物光纖光柵 與石英光纖光柵的拉力也越大，兩光柵中心波長變化也隨之增大。同時(shí)待測點(diǎn)處溫度的變 化也引起兩根光柵中心波長的變化。但聚合物光纖光柵與石英光纖光柵的溫度系數(shù)與應(yīng) 變系數(shù)都不相同。因此，在聚合物光纖光柵與石英光纖光柵的溫度系數(shù)與應(yīng)變系數(shù)已知的情況下，可通過測量兩光柵中心波長的變化實(shí)現(xiàn)溫度與應(yīng)變的解耦，進(jìn)而消除光纖光柵對 溫度與應(yīng)變的交叉敏感，通過測量單獨(dú)由應(yīng)變引起的兩光柵中心波長的變化實(shí)現(xiàn)裂縫的測量。由以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明利用聚合物光纖光柵和石英光纖光柵構(gòu)成的多 點(diǎn)裂縫監(jiān)測器監(jiān)測傳感器中心波長的變化，根據(jù)中心波長變化可測量出溫度和裂縫的大 小，并且具有良好的防水性能，抗電磁干擾，提高了測量精度和測量結(jié)果的可靠性。


圖1為本發(fā)明新型光纖光柵多點(diǎn)裂縫監(jiān)測器的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明中聚合物光纖光柵溫度特性曲線圖；圖3為本發(fā)明中石英光纖光柵溫度特性曲線圖；圖4為本發(fā)明中聚合物光纖光柵裂縫測試曲線圖；圖5為本發(fā)明中石英光纖光柵裂縫測試曲線圖。其中1.聚合物光纖光柵，2.石英光纖光柵，3.套管，4.基座，5.彈性體，6.聚合物 傳輸光纖，7.石英傳輸光纖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明圖1中，一種新型光纖光柵多點(diǎn)裂縫監(jiān)測器，包括多個(gè)光纖光柵裂縫監(jiān)測器，每個(gè) 光纖光柵裂縫檢測器都包括聚合物光纖光柵1，聚合物光纖光柵1 一端與彈性體5連接，另 一端固定在傳感器的基座4處，石英光纖光柵2與聚合物光纖光柵1平行放置，并且也是一 端與彈性體5連接，另一端固定在傳感器基座4處。彈性體5另一端則連接到裂縫監(jiān)測器 另一端的基座4處。聚合物光纖光柵1和石英光纖光柵2與彈性體5有套管3保護(hù)，套管 3與兩端的基座4滑動(dòng)連接。相鄰兩個(gè)裂縫監(jiān)測器共用一個(gè)基座4，聚合物光纖光柵1和石 英光纖光柵2都采用串聯(lián)的方式連接，前端裂縫監(jiān)測器的彈性體處聚合物傳輸光纖6和石 英傳輸光纖7處于彎曲狀態(tài)，彎曲程度為不影響裂縫監(jiān)測器的量程。同時(shí)采用了聚合物光纖光柵1與普通石英光纖光柵2作為溫度與應(yīng)變敏感器件。包括多個(gè)光纖光柵裂縫監(jiān)測器，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)測點(diǎn)溫度的同時(shí)測量。前后兩個(gè)裂縫監(jiān)測器共用一個(gè)基座4。套管3與基座4滑動(dòng)連接，并且該連接處有一卡槽。本發(fā)明的具體制作過程為首先，選定中心波長在1510nm 1590nm范圍內(nèi)的聚 合物光纖光柵1與石英光纖光柵2，將二者的一端與彈性體5連接，聚合物光纖光柵1與石 英光纖光柵2的另一端固定在基座上4，彈性體5另一端固定在裂縫監(jiān)測器另一端的基座4 處，與彈性體5平行的聚合物傳輸光纖6與石英傳輸光纖7處于彎曲狀態(tài)，伸直時(shí)不影響裂 縫監(jiān)測器的量程。其他裂縫監(jiān)測器采用同樣的方式制作，聚合物光纖光柵1與石英光纖光 柵2都分別采用串聯(lián)的方式。每個(gè)裂縫監(jiān)測器的長度和監(jiān)測的點(diǎn)數(shù)都根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)。聚合物光纖光柵與石英光纖光柵的溫度系數(shù)分別為ξ工與ξ 2，應(yīng)變系數(shù)分別為K1 與K2,中心波長漂移分別為Δ X1與Δ λ 2，溫度變化為ΔΤ，應(yīng)變?yōu)棣?。則Δ λ 1 = ￡X Δ T+Ki X ε(1)
Δ λ 2 = ξ 2 X Δ Τ+Κ2 X ε(2)假設(shè)彈性體的長度與變化量分別為L和Δ L，彈性體的彈性系數(shù)為Κ3。由于光柵 的彈性變形非常小，可忽略，因此根據(jù)胡克定律可得
權(quán)利要求
新型光纖光柵的多點(diǎn)裂縫監(jiān)測器，其特征是，它包括多個(gè)串聯(lián)的光纖光柵裂縫監(jiān)測器，每個(gè)光纖光柵裂縫監(jiān)測器均包括套管，套管的一端與基座Ⅰ滑動(dòng)連接，另一端與基座Ⅱ滑動(dòng)連接；套管內(nèi)設(shè)有傳輸光纖，傳輸光纖上設(shè)有光纖光柵，傳輸光纖一端與基座Ⅰ連接，另一端與彈性體一端連接，所述彈性體另一端與基座Ⅱ連接。
2.如權(quán)利要求1所述的新型光纖光柵的多點(diǎn)裂縫監(jiān)測器，其特征是，所述傳輸光纖為 兩根平行放置的傳輸光纖，其中一根為聚合物傳輸光纖，另一根為石英傳輸光纖；聚合物傳 輸光纖和石英傳輸光纖上分別設(shè)有光纖光柵。
3.如權(quán)利要求2所述的新型光纖光柵的多點(diǎn)裂縫監(jiān)測器，其特征是，所述光纖光柵包 括多個(gè)串聯(lián)的聚合物光纖光柵及多個(gè)串聯(lián)的石英光纖光柵，聚合物光纖光柵設(shè)在聚合物傳 輸光纖上，石英光纖光柵設(shè)在石英傳輸光纖上。
4.如權(quán)利要求1所述的新型光纖光柵的多點(diǎn)裂縫監(jiān)測器，其特征是，所述基座I或基 座II為相鄰光纖光柵裂縫監(jiān)測器的共用基座。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型光纖光柵的多點(diǎn)裂縫監(jiān)測器，它包括多個(gè)光纖光柵裂縫監(jiān)測器，每個(gè)光纖光柵裂縫監(jiān)測器均包括套管，套管的一端與基座Ⅰ滑動(dòng)連接，另一端與基座Ⅱ滑動(dòng)連接；套管內(nèi)設(shè)有傳輸光纖，傳輸光纖上設(shè)有光纖光柵，傳輸光纖一端與基座Ⅰ連接，另一端與彈性體一端連接，所述彈性體另一端與基座Ⅱ連接。利用本發(fā)明能夠同時(shí)測量溫度和裂縫的大小，并且具有良好的防水性能，抗電磁干擾，提高了測量精度和測量結(jié)果的可靠性。
文檔編號G01B11/14GK101995226SQ20101053296
公開日2011年3月30日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者張法業(yè), 王正方, 王靜, 白濤, 苗飛, 賈磊, 陳霄, 隋青美 申請人:山東大學(xué)