一種基于光纖光柵的三維傳感器及其傳感器主體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于光纖光柵的三維傳感器及其傳感器主體。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著建筑經(jīng)濟(jì)近年來的高速發(fā)展，各種建筑安全問題越來越多，我國建筑工程因各種原因造成安全事故的經(jīng)濟(jì)損失每年多達(dá)數(shù)百億，解決建筑安全問題日益迫切，不容回避。
[0003]其中，建筑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是保障建筑工程施工過程以及使用過程安全的主要手段之一。建筑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的采集是系統(tǒng)的關(guān)鍵問題，因此，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳感器的研宄和應(yīng)用是系統(tǒng)最核心的技術(shù)，傳感器性能差會(huì)導(dǎo)致最終監(jiān)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確、評(píng)估及預(yù)測(cè)存在較大誤差，且一維傳感器已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)代安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求。
[0004]近年來，基于光纖光柵的傳感技術(shù)層出不窮，充分地顯示了它的優(yōu)勢(shì)，故光纖光柵傳感器在民用工程、電力工業(yè)、核工業(yè)、航空航天業(yè)、船舶工業(yè)、醫(yī)學(xué)、石化工業(yè)等領(lǐng)域中都獲得了廣泛的應(yīng)用。光纖光柵傳感是通過光纖傳輸?shù)墓獠◤?qiáng)度、頻率、相位、偏振態(tài)等變化，測(cè)得波長的變化，從而得到被測(cè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、溫度等物理量的大小。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中光纖光柵傳感器基本上只能用于平面軸向的測(cè)量，對(duì)于空間結(jié)構(gòu)微變形進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要在不同方向安裝多個(gè)光纖光柵傳感器，獲取多個(gè)方向的變化，然后得到各個(gè)方向所在面的變形情況。該檢測(cè)方式需要現(xiàn)場(chǎng)在被測(cè)空間結(jié)構(gòu)上設(shè)置多個(gè)安裝光纖光柵的安裝結(jié)構(gòu)，不僅破壞被測(cè)空間結(jié)構(gòu)，且需要現(xiàn)場(chǎng)安裝、接線，耗時(shí)費(fèi)力。
[0006]并且，上述方法也僅是適用于單平面形變測(cè)量，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)具有連接面的三維空間形變監(jiān)測(cè)，限制了光纖光柵檢測(cè)的應(yīng)用范圍。
[0007]因此，如何提供一種基于光纖光柵的三維傳感器，該三維傳感器不僅具有高靈敏度，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空間結(jié)構(gòu)形變的測(cè)量，提高空間結(jié)構(gòu)的形變參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確性，并且可以擴(kuò)大光纖光柵傳感技術(shù)的應(yīng)用范圍，是本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的為提供一種基于光纖光柵的三維傳感器及傳感器主體，該三維傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空間結(jié)構(gòu)形變的測(cè)量，靈敏度高，可提高空間結(jié)構(gòu)的形變參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確性，并且可擴(kuò)大光纖光柵傳感技術(shù)的應(yīng)用范圍。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種三維傳感器的傳感器主體，所述傳感器主體具有測(cè)量表面以及將所述測(cè)量表面定位安裝于被測(cè)空間結(jié)構(gòu)的骨架上的定位部，所述測(cè)量表面上還設(shè)有安裝光纖光柵傳感器的安裝部，當(dāng)所述被測(cè)空間結(jié)構(gòu)形變時(shí)，所述被測(cè)空間結(jié)構(gòu)擠壓或拉伸所述測(cè)量表面，所述光纖光柵傳感器檢測(cè)相應(yīng)所述測(cè)量表面的形變參數(shù)。
[0010]當(dāng)使用本文所提供的三維傳感器對(duì)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，將預(yù)裝有光纖光柵組件的傳感器主體定位于被測(cè)空間結(jié)構(gòu)的骨架上，然后將光纖光柵組件的相應(yīng)端部連接外部信號(hào)接收設(shè)備，被測(cè)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生形變時(shí)，被測(cè)空間結(jié)構(gòu)將擠壓或拉伸傳感器主體，則安裝于測(cè)量表面上的各光纖光柵即可檢測(cè)出測(cè)量表面沿預(yù)定方向的應(yīng)變參數(shù)，并且通過合理設(shè)置測(cè)量表面的形狀以及光纖光柵傳感器的方向即可實(shí)現(xiàn)對(duì)空間結(jié)構(gòu)各個(gè)方向形變情況，可以掌握空間結(jié)構(gòu)更多方向應(yīng)變參數(shù)數(shù)值，有利于相關(guān)人員更全面了解空間結(jié)構(gòu)的變化。
[0011]需要說明的是，光纖光柵傳感器的方向是指刻有光柵段的光纖的方向。
[0012]并且，本文所提供的三維傳感器可以實(shí)現(xiàn)使用光纖光柵傳感技術(shù)對(duì)僅有骨架梁構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)形變的測(cè)量，進(jìn)一步擴(kuò)大了光纖光柵傳感技術(shù)的應(yīng)用范圍。
[0013]并且，在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中本文所提供的三維傳感器主體具有設(shè)定切口，能夠提高傳感器靈敏度。優(yōu)選地，所述安裝部為所述測(cè)量表面上設(shè)置的沿預(yù)定方向延伸的凹槽，所述光纖光柵傳感器固定于所述凹槽內(nèi)；所述預(yù)定方向根據(jù)檢測(cè)方向設(shè)定。
[0014]優(yōu)選地，所述凹槽的槽底設(shè)置有切口，所述切口與所述凹槽的延伸方向相同，所述光纖光柵傳感器置于所述切口的上方。
[0015]優(yōu)選地，沿相應(yīng)所述凹槽延伸方向，所述切口包括第一段和第二段，所述第一段和所述第二段分別置于所述凹槽的兩端部，且所述第一段和第二段為貫穿所述傳感器主體的開口結(jié)構(gòu)，且各段切口非相交。
[0016]優(yōu)選地，所述三維傳感器用于檢測(cè)頂角為直角的被測(cè)空間結(jié)構(gòu)，所述傳感器主體為與所述被測(cè)空間結(jié)構(gòu)的直角部匹配安裝的正方體結(jié)構(gòu)，所述正方體結(jié)構(gòu)其中一端角的三個(gè)外表面與所述被測(cè)空間結(jié)構(gòu)貼合安裝，相對(duì)端角的三個(gè)外表面均為所述測(cè)量表面；三個(gè)所述測(cè)量表面上的所述凹槽兩兩垂直。
[0017]優(yōu)選地，所述定位部為自所述測(cè)量表面的側(cè)邊緣向外延伸的折彎部，所述折彎部上設(shè)置有螺紋孔或通孔，螺栓的螺紋部穿過所述螺紋孔或通孔連接所述被測(cè)空間結(jié)構(gòu)的骨架。
[0018]本發(fā)明還提供了一種基于光纖光柵的三維傳感器，包括上述任一項(xiàng)所述的傳感器主體以及光纖光柵組件，所述光纖光柵組件包括至少三支光纖光柵傳感器，用于檢測(cè)所述傳感器主體在三維坐標(biāo)系內(nèi)的形變，各所述光纖光柵傳感器安裝于相應(yīng)所述安裝部。
[0019]優(yōu)選地，所述光纖光柵傳感器為光纖光柵貼片傳感器，所述光纖光柵貼片傳感器通過焊接工藝或粘接工藝固定于所述凹槽的槽內(nèi)；
[0020]或所述光纖光柵傳感器為裸光柵，所述裸光柵通過粘接工藝固定于所述凹槽的槽內(nèi)。
[0021]優(yōu)選地，各所述光纖光柵傳感器順次串聯(lián)，且所述光纖光柵組件的一端尾纖連接光纖光柵解調(diào)設(shè)備。
[0022]優(yōu)選地，還包括保護(hù)罩，所述保護(hù)罩扣于所述傳感器主體的測(cè)量表面的外部，所述保護(hù)罩上設(shè)置有通孔，所述光纖光柵組件的一端尾纖穿過所述通孔連接光纖光柵解調(diào)設(shè)備。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例中傳感器主體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為圖1所示傳感器主體的另一方位三維視圖；
[0025]圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例中三維傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明另一種實(shí)施例中三維傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]其中，圖1-圖4中部件名稱與附圖標(biāo)記之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系如下所示:
[0028]第一測(cè)量表面11、切口 11a、第一切口 llal、第二切口 lla2、第一凹槽11b、第二測(cè)量表面12、第二凹槽12b、切口 12a、第三測(cè)量表面13、第三凹槽13b、切口 13a、折彎部14、外表面15、光纖光柵傳感器20、保護(hù)罩30。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明的核心為提供一種基于光纖光柵的三維傳感器及傳感器主體，該三維傳感器可提高空間結(jié)構(gòu)的測(cè)量準(zhǔn)確性，并且可提高光纖光柵檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍。
[0030]為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0031]請(qǐng)參考圖1-圖3，圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例中傳感器主體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示傳感器主體的另一方位三維視圖；圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例中三維傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖3中僅示出安裝有一個(gè)光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]本發(fā)明提供了一種基于光纖光柵傳感器的三維傳感器，該三維傳感器主要用于檢測(cè)空間結(jié)構(gòu)的形變，空間結(jié)構(gòu)主要指角型結(jié)構(gòu)，例如建筑結(jié)構(gòu)墻角或者各類具有頂角的結(jié)構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)可以具有表面，也可以僅有骨架梁組成。
[0033]本文中所提供的三維傳感器主要包括傳感器主體和光纖光柵組件，傳感器主體具有測(cè)量表面以及將測(cè)量表面定位安裝于被測(cè)空間結(jié)構(gòu)的骨架上的定位部，需要說明的是，本文中所述的被測(cè)空間結(jié)構(gòu)的骨架既可以指圍成被測(cè)空間結(jié)構(gòu)的表面，也可以指圍成被測(cè)空間結(jié)構(gòu)的骨架梁。
[0034]測(cè)量表面上還設(shè)置有安裝光纖光柵傳感器的安裝部，光纖光柵組件可以包括至少三支光纖光柵貼片傳感器，各光纖光柵貼片傳感器可以通過各自的端部連接光纖光柵解調(diào)設(shè)備，也可以幾個(gè)順次串聯(lián)，這樣可以大大減少外部信號(hào)接收設(shè)備的接口。該光纖光柵組件也可以為裸光柵，裸光柵通過粘接工藝固定于所述凹槽的槽內(nèi)。
[0035]其中，測(cè)量表面上安裝的光纖光柵傳感器的安裝方向可以根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試的需要進(jìn)行設(shè)定，一般地，各測(cè)量表面上光纖光柵傳感器所合成的形變方向沿三維垂直坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸方向，即X方向、y方向、z方向。
[0036]當(dāng)使用本文所提供的三維傳感器對(duì)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，將預(yù)裝有光纖光柵組件的傳感器主體定位于被測(cè)空間結(jié)構(gòu)的骨架上，然后將光纖光柵組件的相應(yīng)端部連接光纖光柵解調(diào)設(shè)備，當(dāng)被測(cè)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生形變時(shí)，被測(cè)空間結(jié)構(gòu)將擠壓或拉伸傳感器主體，則安裝于測(cè)量表面上的各光纖光柵傳感器即可檢測(cè)出測(cè)量表面沿預(yù)定方向的應(yīng)變參數(shù)，并且通過合理設(shè)置測(cè)量表面的形狀以及光纖光柵傳感器的方向即可實(shí)現(xiàn)對(duì)空間結(jié)構(gòu)各個(gè)方向形變位移的測(cè)量，可以掌握空間結(jié)構(gòu)更多方向應(yīng)變參數(shù)數(shù)值，有利于相關(guān)人員更全面了解空間結(jié)構(gòu)的情況。
[0037]需要說明的是，光纖光柵傳感器的方向是指刻有光柵段的光纖的方向。
[0038]并且，本文所提供的三維傳感器可以實(shí)現(xiàn)