一種分體式光纖應(yīng)變傳感器組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種分體式光纖應(yīng)變傳感器組件，在不影響光纖光柵預(yù)應(yīng)力封裝的前提下將封裝與裝配方式去耦合，通過將封裝金屬防護(hù)件和裝配基座相分離，從而解決傳感器一次安裝后無法再次重用的問題。具體包括傳感元件、封裝防護(hù)件和裝配基座；所述傳感元件為光纖光柵，封裝防護(hù)件為金屬管；所述光纖光柵穿過金屬管后，通過超聲波焊接的方式將光纖光柵和金屬管之間的空隙焊接緊固；光纖從金屬管兩端引出；所述金屬管的兩端分別通過法蘭盤箍緊；封裝有傳感元件的金屬管支撐在所述裝配基座上，金屬管兩端的法蘭盤與裝配基座相連。
【專利說明】一種分體式光纖應(yīng)變傳感器組件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器組件，具體涉及一種分體式光纖應(yīng)變傳感器組件，屬于光纖光柵測(cè)量傳感【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]光纖光柵因具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性好、體積小、能夠遠(yuǎn)距離傳輸、易于分布式多點(diǎn)組網(wǎng)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于振動(dòng)、位移、加速度、溫度、應(yīng)變等傳感測(cè)量領(lǐng)域。在結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，主要使用光纖光柵應(yīng)變傳感器來監(jiān)測(cè)和評(píng)估建筑物的安全，如機(jī)場(chǎng)、體育館、大橋、隧道等，測(cè)量其位移、應(yīng)變、振動(dòng)等力學(xué)參數(shù)的變化，然后定期保存歷史數(shù)據(jù)、設(shè)定測(cè)點(diǎn)報(bào)警閾值等。其基本原理是利用光纖布拉格光柵，讓紫外光通過掩膜光柵照射到裸光纖上，引起裸光纖纖芯折射率的永久性變化，形成布拉格光柵；在受到應(yīng)力應(yīng)變變化時(shí)，光柵的柵距同時(shí)發(fā)生變化，從而精確地測(cè)量應(yīng)變。
[0003]由于裸的光纖光柵直徑只有125 μ m，在惡劣的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)工程環(huán)境中容易損傷，只有對(duì)其進(jìn)行保護(hù)性的封裝與裝配設(shè)計(jì)，才能賦予光纖光柵更穩(wěn)定的性能，確保其可靠實(shí)用。由于傳感器應(yīng)用環(huán)境和條件的不同，光纖光柵應(yīng)變傳感器大多都是依據(jù)特定安裝條件設(shè)計(jì)具體的裝配結(jié)構(gòu)和封裝工藝，不具備通用性。而且目前大多傳感器都是將其金屬防護(hù)件和裝配基座一體化加工成型，使得在每次結(jié)構(gòu)檢測(cè)完成后傳感器不易拆卸檢修和更換，一次安裝后無法再次使用，無法滿足快速部署、可重用的需求，從經(jīng)濟(jì)成本和使用維修效率上都不合算。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供一種分體式光纖應(yīng)變傳感器組件，將封裝防護(hù)件和裝配基座分離，從而解決傳感器一次安裝后無法再次重用的問題，使光纖光柵傳感器具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。
[0005]所述的分體式光纖應(yīng)變傳感器組件包括傳感元件、封裝防護(hù)件和裝配基座；所述傳感元件為光纖光柵，封裝防護(hù)件為金屬管；所述光纖光柵穿過金屬管后，通過超聲波焊接的方式將光纖光柵和金屬管之間的空隙焊接緊固；光纖從金屬管兩端引出；所述金屬管的兩端分別通過法蘭盤箍緊；封裝有傳感元件的金屬管支撐在所述裝配基座上，金屬管兩端的法蘭盤與裝配基座相連。
[0006]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，將位于金屬管外的光纖的外表面以及封裝防護(hù)件的內(nèi)表面進(jìn)行鍍金處理。
[0007]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述裝配基座包括兩個(gè)L形的支撐座，封裝防護(hù)件的兩端分別支撐在兩個(gè)支撐座上；封裝防護(hù)件兩側(cè)法蘭盤分別和兩個(gè)支撐座采用螺接的方式相連。有益效果:
[0008](I)對(duì)光纖應(yīng)變傳感器采用分體式裝配結(jié)構(gòu)，使光纖光柵的封裝防護(hù)件和裝配基座可分離拆卸，便于光纖應(yīng)變傳感器的安裝布設(shè)和重用。整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，可維修性強(qiáng)，有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。
[0009](2)裝配基座采用一體化方式加工制作，保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、沖擊和耐壓性能。
[0010](3)封裝防護(hù)件兩側(cè)的法蘭盤和裝配基座之間用螺接的方式固定，保證了光纖光柵預(yù)應(yīng)力的穩(wěn)定，能夠有效地提高傳感器的測(cè)量精度。
[0011](4)穿過光纖光柵封裝防護(hù)件的光纖部分外層鍍金，封裝防護(hù)件外層表面也進(jìn)行鍍金，能夠有效防止海水腐蝕和鹽霧對(duì)光纖的侵蝕和破壞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為金屬防護(hù)件封裝示意圖；
[0013]圖2為該傳感器組件的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]其中:1_傳感元件、2-光柵、3-封裝防護(hù)件、4-支撐座

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0016]本實(shí)施例提供一種運(yùn)用于結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)的分體式光纖應(yīng)變傳感器組件，該傳感器組件的封裝防護(hù)件和裝配基座可分離拆卸，從而便于光纖光柵傳感器的安裝布設(shè)和重用。
[0017]該分體式光纖應(yīng)變傳感器組件包括傳感元件2、封裝防護(hù)件3和裝配基座。其中傳感元件2為波長(zhǎng)為λ B的光纖Bragg光柵，封裝防護(hù)件3為鋼管。該鋼管采用一次加工成型，僅留一微小軸向空隙使得光纖光柵能夠穿過，以保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)使其具備沖擊和耐壓性能。光纖光柵穿過毛細(xì)鋼管內(nèi)壁后，在光纖光柵和鋼管內(nèi)壁之間存在微小空隙，通過超聲波焊接的方式將該微小空隙焊接緊固，使得封裝后的光纖光柵保持張緊狀態(tài)，如圖1所述。光纖I從鋼管兩端的小孔中引出，為防止外界腐蝕和鹽霧對(duì)光纖的侵蝕破壞，將裸露在鋼管外光纖I的外表面鍍金，同時(shí)在鋼管內(nèi)表面也進(jìn)行鍍金。另外，鋼管兩端分別用法蘭盤箍緊，并用激光焊接將槽道縫隙封死，以便于鋼管和裝配基座的對(duì)接鎖緊。
[0018]當(dāng)鋼管受拉或受壓時(shí)，光纖Bragg光柵將隨之在縱向拉伸或壓縮。光纖中的應(yīng)變引起光柵間距和折射率的光彈效應(yīng)，當(dāng)光纖的縱向應(yīng)變?yōu)閑f時(shí)，Bragg光柵的波長(zhǎng)偏移Δ λΒ 為:
[0019]Δ λΒ = λΒ(1-β ) ε f
[0020]其中β為光纖的有效光彈常數(shù)。
[0021]通過測(cè)量光纖光柵反射波長(zhǎng)的變化即可得知該點(diǎn)處結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。但為準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)應(yīng)變，必須首先明確Bragg光柵所測(cè)應(yīng)變與結(jié)構(gòu)真實(shí)應(yīng)變的關(guān)系，即應(yīng)考慮將光纖光柵封裝入金屬鋼管后的應(yīng)變傳遞問題。
[0022]本實(shí)施例中將光纖光柵通過超聲焊接直接粘貼在鋼管內(nèi)壁，這樣在光纖光柵與鋼管內(nèi)壁之間存在中間層，使得光纖光柵所感受到的應(yīng)變?yōu)楹附訉觾?nèi)表面的應(yīng)變，與鋼管內(nèi)壁實(shí)際應(yīng)變不同。由于光纖與鋼管內(nèi)壁粘貼后形成了應(yīng)變梯度，Bragg光柵的波長(zhǎng)偏移Δ λ Β與鋼管應(yīng)變?chǔ)拧Ｖg的關(guān)系可表示為:
[0023]Δ λΒ = μ λΒ(1_β ) ε c
[0024]其中μ為光纖與鋼管間的粘黏系數(shù),有ef= μ ε。。
[0025]于是:Δ?= μ{ 1- β)

Sc
[0026]由此可見光纖光柵所感受到的應(yīng)變與封裝防護(hù)件的實(shí)際應(yīng)變是一個(gè)穩(wěn)定的線性關(guān)系，依據(jù)該線性關(guān)系便可準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)應(yīng)變。
[0027]裝配基座包括兩個(gè)L形的支撐座4，如圖2所示。支撐座4的豎直面上加工有用于放置鋼管的切口。將鋼管的兩端分別支撐在兩個(gè)支撐座上，鋼管兩端的法蘭盤與支撐座之用螺接的方式固定，一方面便于拆卸更換和重用，另一方面也能夠保證光纖光柵預(yù)應(yīng)力的穩(wěn)定，使得光纖光柵、鋼管以及裝配基座之間保持一個(gè)穩(wěn)定良好的受力關(guān)系。本實(shí)施例中通過內(nèi)六角螺釘將法蘭盤和支撐座緊固，給光纖光柵施加一定的預(yù)應(yīng)力，通過調(diào)節(jié)施加的光纖光柵預(yù)應(yīng)力的大小，能夠使光纖光柵、封裝防護(hù)件以及裝配基座之間保持一個(gè)穩(wěn)定良好的受力關(guān)系。在外界溫度變化時(shí)，傳感器有良好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。
[0028]為有效保護(hù)傳感器的光纖光柵以及連接部分，采用氬弧焊方式把裝配基座點(diǎn)焊固定在安裝面上，以保證盡可能低的焊接溫度和盡可能少的作業(yè)接觸面。緊固前調(diào)整光纖光柵封裝金屬件、裝配基座間的相對(duì)位置關(guān)系，便于裝配基座的點(diǎn)焊操作空間。以實(shí)現(xiàn)光纖光柵封裝防護(hù)件與裝配基座平行，偏差不大于±1° (此要求可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整)。
[0029]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種分體式光纖應(yīng)變傳感器組件，其特征在于，包括傳感元件、封裝防護(hù)件和裝配基座；所述傳感元件為光纖光柵，封裝防護(hù)件為金屬管；所述光纖光柵穿過金屬管后，通過超聲波焊接的方式將光纖光柵和金屬管之間的空隙焊接緊固；光纖從金屬管兩端引出；所述金屬管的兩端分別通過法蘭盤箍緊；封裝有傳感元件的金屬管支撐在所述裝配基座上，金屬管兩端的法蘭盤與裝配基座相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種分體式光纖應(yīng)變傳感器組件，其特征在于，將位于金屬管外的光纖的外表面以及封裝防護(hù)件的內(nèi)表面進(jìn)行鍍金處理。
3.如權(quán)利要求1所述的一種分體式光纖應(yīng)變傳感器組件，其特征在于，所述裝配基座包括兩個(gè)L形的支撐座，封裝防護(hù)件的兩端分別支撐在兩個(gè)支撐座上；封裝防護(hù)件兩側(cè)法蘭盤分別和兩個(gè)支撐座采用螺接的方式相連。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK104279974SQ201410507438
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】王楠, 閻毓杰, 熊雪 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一九研究所