專利名稱：基于光纖光柵的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于路面結(jié)構(gòu)測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖光柵的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變計?！?br> 背景技術(shù)：
在橋梁、大壩和路面等結(jié)構(gòu)的修建及運營過程中，混凝土的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測是一項極為重要的工作。對結(jié)構(gòu)的控制斷面進行監(jiān)測，可及時了解結(jié)構(gòu)健康狀況、確保結(jié)構(gòu)安全，為結(jié)構(gòu)的施工、運營以及加固維修提供依據(jù)?；炷恋膽?yīng)力測試比較復(fù)雜，通常的做法是通過應(yīng)變計測量混凝土的應(yīng)變來間接地測量混凝土的應(yīng)力。目前常用的應(yīng)變計有電阻式應(yīng)變計、差動式應(yīng)變計和振弦式應(yīng)變計等幾種，其中，振弦式應(yīng)變計具有穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、數(shù)據(jù)采集方便等優(yōu)點，是目前應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)變計，但是這種應(yīng)變計靈敏性差、分辨率低，所測量的數(shù)據(jù)都必須進行分析處理后才能反映混凝土的應(yīng)力和應(yīng)變；高速公路等公路路面結(jié)構(gòu)層一般較薄，振弦式應(yīng)變計尺寸較大，不適合監(jiān)測路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。
發(fā)明內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本實用新型的目的在于，提供一種基于光纖光柵的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變計，該裝置靈敏度高、分辨率高，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、成本低、可實現(xiàn)自動檢測，填補了現(xiàn)有應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)的空白。為了達到上述目的，本實用新型采用如下的技術(shù)解決方案一種基于光纖光柵的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變計，包括光纖光柵解調(diào)儀、光纖Bragg光柵傳感器、鎧裝光纖、和移動電腦，其中，所述光纖光柵解調(diào)儀包括激光器、光探測器、耦合器，所述激光器、光探測器分別連接耦合器；所述光纖Bragg光柵傳感器與鎧裝光纖相熔接，光纖Bragg光柵傳感器通過FC跳線與光纖光柵解調(diào)儀中的耦合器連接，光纖光柵解調(diào)儀中的光探測器與移動電腦連接。所述的光纖光柵解調(diào)儀采用SM130型光纖解調(diào)儀。所述的光纖Bragg光柵傳感器長度為50mm,直徑為5mm。所述的鎧裝光纖采用單芯室內(nèi)鎧裝光纖。本實用新型的優(yōu)點如下本實用新型的最大特點和優(yōu)點在于傳感器尺寸非常小，能夠滿足路面結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試的特殊要求，并且安裝、測試對路面結(jié)構(gòu)影響非常小，幾乎可以忽略不計。與傳統(tǒng)應(yīng)變計相比較，光纖傳感器除了尺寸小、重量輕、耐腐蝕、抗電測干擾、使用安全可靠、操作簡單之外，還具有以下特點1)分辨率高，遠遠超過振弦式應(yīng)變計；2)光纖傳感器屬于波長調(diào)制型，抗千擾能力強；3)與光纖具有天然的耦合性，集“傳”與“感”于一體且具有更強的復(fù)用能力，易于構(gòu)成準分布式傳感網(wǎng)絡(luò)；4)測量對象廣泛，易于實現(xiàn)多參數(shù)傳感測量。5)可重復(fù)使用、易于保護和維修，可實現(xiàn)長期監(jiān)測，長期穩(wěn)定性好，信號傳輸距離遠。

圖I是本實用新型的連接框圖。圖2是傳感器在待測路面結(jié)構(gòu)上安裝示意圖。圖3是光纖Bragg光柵傳感器的溫度傳感特性曲線。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型進一步解釋說明。
具體實施方式
如圖I所示，本實用新型的基于光纖光柵的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變計，包括光纖光柵解調(diào)儀I、光纖Bragg光柵傳感器5、鎧裝光纖(傳導(dǎo)光纖)6、和移動電腦8，其中，所述光纖光柵解調(diào)儀I包括激光器2、光探測器3、耦合器4，所述激光器2、光探測器3分別連接耦合器4 ;所述光纖Bragg光柵傳感器5與鎧裝光纖6采用光纖熔接機相熔接，光纖Bragg光柵傳感器5通過FC跳線9與光纖光柵解調(diào)儀I中的耦合器4連接，光纖光柵解調(diào)儀I中的光探測器3與移動電腦8連接。移動電腦8通過其自身安裝的光纖Bragg光柵解調(diào)軟件實時監(jiān)測光纖Bragg光柵傳感器5的應(yīng)變變化。光纖光柵解調(diào)儀I :采用SM130型光纖解調(diào)儀，其對光纖光柵波長的移動的探測達到了皮米量級的高分辨率，因此具有測量靈敏度高的特點。數(shù)據(jù)監(jiān)測過程中，只需要探測到光柵波長分布圖中波峰的位置即可，對光強的波動不敏感，因此比傳統(tǒng)傳感器具有更高的抗干擾能力。在測量過程中個，溫度的影響較大，需要進行溫度補償。補償方法是在監(jiān)測路段中埋設(shè)一根溫度補償光柵，該光柵不受路面應(yīng)變變化影響，而只受溫度影響。光纖Bragg光柵傳感器5 :采用石英位相式透射光柵，通過相位掩膜法制作而成，也可采用現(xiàn)有光柵傳感器，如MO公司出產(chǎn)的光纖Bragg光柵傳感器；光纖Bragg光柵傳感器5的尺寸及其封裝設(shè)計光柵長度為20mm，纖芯直徑9 μ m,包層外徑為125 μ m,涂覆層外徑250 μ m。經(jīng)過細鋼管封裝后的光纖Bragg光柵傳感器5長度50mm,直徑5mm,與傳導(dǎo)光纖6通過光纖焊接機連接，兩端安裝FC跳線。細鋼管封裝光纖光柵時需要注意光纖光柵需要準確平直的放置在細鋼管的正中間，細鋼管材質(zhì)必須具有耐腐蝕性、抗疲勞性，彈性范圍寬，與基體材料粘結(jié)性好。選擇膠粘劑時需注意膠粘劑需要適用于光纖和不銹鋼的粘接性能，需要有較高的抗剪強度和耐久性。膠粘劑內(nèi)不能出現(xiàn)氣泡，否則膠粘劑凝固后會使光纖光柵產(chǎn)生不均勻變形，影響反射波峰。鎧裝光纖(傳導(dǎo)光纖)6 :采用單芯室內(nèi)鎧裝光纖，其結(jié)構(gòu)為光纖+芳綸(起抗拉作用)+不銹鋼軟管(起抗壓、抗彎曲、防鼠咬的作用)+不銹鋼編織絲(起抗扭的作用)+外護套(使用PVC )。參見圖2，在需要進行應(yīng)變測試的路面結(jié)構(gòu)上開槽，安裝光纖Bragg光柵傳感器5，槽的尺寸視傳感器及鎧裝光纖的尺寸而定，并且要滿足施工需求，開槽的路線盡量平直，轉(zhuǎn)折處采用弧線轉(zhuǎn)彎，避免出現(xiàn)直角，以免光纖折斷。光纖鋪設(shè)完畢后，光柵部分采用空心鋼管內(nèi)部填充膠粘劑固定在槽底進行保護。多個光纖Bragg光柵傳感器5通過不同光纖光柵
的反射光波長(AnA2A 3.................. λ η)與待測結(jié)構(gòu)沿線各測量點(I, 2，3……η) —一
對應(yīng)，分別測試結(jié)構(gòu)沿線分布各點的應(yīng)力應(yīng)變。在光纖Bragg光柵的工程應(yīng)用中必須考慮消除溫度的影響。采用溫度特性實驗得到溫度變化時光纖Bragg光柵中心波長的變化規(guī)律。把將要在測斜管上使用的光纖BraggCN 202748010 U
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光柵放入細鋼管內(nèi)自由懸空，細鋼管用膠粘劑固定在基底試件上。同時在光纖Bragg光柵附近放置熱電偶，然后一起放入封閉的保溫箱中。保溫箱下部放置電磁爐作為熱源。光纖Bragg光柵連接解調(diào)儀記錄光柵中心波長變化，熱電偶連接溫度計記錄溫度變化。測量結(jié)果之一如圖12所示。從圖中可以看出，光纖Bragg光柵的中心波長與溫度具有良好的線性關(guān)系，具有良好的重復(fù)性。中心波長為1549. 74nm的光柵，溫度每變化1°C，光柵中心波長變化10.9pm。根據(jù)溫度傳感理論計算可以得到溫度變化1°C光柵中心波長變化為11. 6pm。結(jié)果 說明試驗值與理論值符合的較好，誤差僅為6. 03%。誤差的產(chǎn)生可能與采用的試驗裝置的精度有關(guān)。 溫度變化量的測量方法是在測斜管上布設(shè)光纖Bragg光柵傳感器5之后，在每個光纖Bragg光柵傳感器5的同一位置上布設(shè)電子測溫計，保證兩者溫度相同。然后在每一次測量光纖Bragg光柵中心波長變化的同時，測量溫度變化。應(yīng)變引起的中心波長變化量為Λ λΒε = Λ λΒ-ΚτΛ \，其中，Δ λ B為光纖Bragg光柵中心波長的總變化量。
權(quán)利要求1.一種基于光纖光柵的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變計，其特征在于，包括光纖光柵解調(diào)儀(I)、光纖Bragg光柵傳感器(5)、鎧裝光纖(6)、和移動電腦(8)，其中，所述光纖光柵解調(diào)儀(I)包括激光器(2)、光探測器(3)、耦合器(4)，所述激光器(2)、光探測器(3)分別連接耦合器(4);所述光纖Bragg光柵傳感器(5)與銷裝光纖(6)相熔接,光纖Bragg光柵傳感器(5)通過FC跳線(9)與光纖光柵解調(diào)儀(I)中的耦合器(4)連接，光纖光柵解調(diào)儀(I)中的光探測器(3)與移動電腦(8)連接。
2.如權(quán)利要求I所述的基于光纖光柵的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變計，其特征在于，所述的光纖光柵解調(diào)儀(I)采用SM130型光纖解調(diào)儀。
3.如權(quán)利要求I所述的基于光纖光柵的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變計，其特征在于，所述的光纖Bragg光柵傳感器(5)長度為50mm,直徑為5mm。
4.如權(quán)利要求I所述的基于光纖光柵的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變計，其特征在于，所述的鎧裝光纖(6 )采用單芯室內(nèi)鎧裝光纖。
專利摘要本實用新型公開了一種基于光纖光柵的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變計，包括光纖光柵解調(diào)儀、光纖Bragg光柵傳感器、鎧裝光纖、和移動電腦，其中，所述光纖光柵解調(diào)儀包括激光器、光探測器、耦合器，所述激光器、光探測器分別連接耦合器；光纖Bragg光柵傳感器與鎧裝光纖相熔接，光纖Bragg光柵傳感器通過FC跳線與光纖光柵解調(diào)儀中的耦合器連接，光纖光柵解調(diào)儀中的光探測器與移動電腦連接。光纖光柵解調(diào)儀采用SM130型光纖解調(diào)儀。光纖Bragg光柵傳感器長度為50mm，直徑為5mm。該裝置靈敏度高、分辨率高，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、成本低、可實現(xiàn)自動檢測，填補了現(xiàn)有應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)的空白。
文檔編號G01B11/16GK202748010SQ201220308238
公開日2013年2月20日 申請日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者翁效林, 朱鴻鵠, 劉保健, 馬豪豪, 姚貝貝 申請人:長安大學(xué)