一種分體式光纖應(yīng)變傳感器組件的制作方法
【專利摘要】本實用新型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] 本實用新型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、易于分布式多點組網(wǎng)測量等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于振動、位移、加速度、溫度、應(yīng)變等傳感 測量領(lǐng)域。在結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測領(lǐng)域，主要使用光纖光柵應(yīng)變傳感器來監(jiān)測和評估建筑物的安 全，如機(jī)場、體育館、大橋、隧道等，測量其位移、應(yīng)變、振動等力學(xué)參數(shù)的變化，然后定期保 存歷史數(shù)據(jù)、設(shè)定測點報警閾值等。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，光柵的柵距同時發(fā)生變化，從而精確地測量應(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)測工程環(huán)境中容易損 傷，只有對其進(jìn)行保護(hù)性的封裝與裝配設(shè)計，才能賦予光纖光柵更穩(wěn)定的性能，確保其可靠 實用。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。 實用新型內(nèi)容
[0004] 有鑒于此，本實用新型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] 作為本實用新型的一種優(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] 作為本實用新型的一種優(yōu)選方式，所述裝配基座包括兩個L形的支撐座，封裝防 護(hù)件的兩端分別支撐在兩個支撐座上；封裝防護(hù)件兩側(cè)法蘭盤分別和兩個支撐座采用螺接 的方式相連。
[0008] 有益效果：
[0009] (1)對光纖應(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，便于光纖光柵傳感器的安裝布設(shè)和重用。整體結(jié)構(gòu)簡單可靠，可維修性強(qiáng)， 有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。
[0010] (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。
[0011] (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量精度。
[0012] (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光纖的侵蝕和破壞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為金屬防護(hù)件封裝示意圖；
[0014] 圖2為該傳感器組件的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 其中：1_傳感元件、2-光柵、3-封裝防護(hù)件、4-支撐座

【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0017] 本實施例提供一種運(yùn)用于結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測的分體式光纖應(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。
[0018] 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1從鋼管兩端的小孔中引出，為防止外界腐蝕和鹽霧對光纖的侵蝕破壞，將裸露 在鋼管外光纖1的外表面鍍金，同時在鋼管內(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接鎖緊。
[0019] 當(dāng)鋼管受拉或受壓時，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，Bragg光柵的波長偏移 Δ λΒ 為：
[0020] Δ λΒ = λΒ(1-β ) ε f
[0021] 其中β為光纖的有效光彈常數(shù)。
[0022] 通過測量光纖光柵反射波長的變化即可得知該點處結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。但為準(zhǔn)確監(jiān)測結(jié) 構(gòu)應(yīng)變，必須首先明確Bragg光柵所測應(yīng)變與結(jié)構(gòu)真實應(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。
[0023] 本實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光柵的波長偏移 Δ λΒ與鋼管應(yīng)變ε。之間的關(guān)系可表示為：
[0024] Λ λΒ = μ λΒ(1_β ) ε c
[0025] 其中μ為光纖與鋼管間的粘黏系數(shù),有ε f = μ ε。。
[0026] 于是

【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纏緊；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，位于金屬管外 的光纖的外表面W及封裝防護(hù)件的內(nèi)表面鍛金。
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L形的支撐座，封裝防護(hù)件的兩端分別支撐在兩個支撐座上；封裝防護(hù)件兩側(cè)法 蘭盤分別和兩個支撐座采用螺接的方式相連。
【文檔編號】G01B11/16GK204228120SQ201420565665
【公開日】2015年3月25日 申請日期: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 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一九研究所