[发明专利]光纤应变传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种应变传感器，尤其涉及一种光纤应变传感器。

背景技术

传统的应变传感器是以应变-电量为基础，以电信号为转换及传输的载体，用导线传输电信号，因此，使用时易受到电磁场和环境的影响，如环境湿度太大可能引起短路，特别是高温和易燃、易爆环境中易引起火灾等等。

研究发现，当光纤光栅的应变发生改变时，光栅有效折射率和光栅周期会改变，从而导致光纤光栅的中心波长也会发生改变，例如对于中心波长为1550nm附近的光纤光栅，1个微应变（即1με）将引起约1pm的波长变化，通过测定光纤光栅中心波长的变化，即可推倒出应变的变化，从而可以构成一种新型的光纤光栅应变传感器。较之以应变-电量为基础的传统应变传感器，光纤光栅应变传感器的抗干扰特性较强，因此，目前广泛应用于民用工程结构、航空航天业、船舶航运业、电力工业、石油化工业、医学、核工业等行业，尤其是在高电压、强电磁场、易燃易爆的恶劣环境中具有很强的应用优势。

由于自身结构的局限性，目前普通光纤光栅应变传感器的光纤与其外壳体之间的应变比通常约为1:1，其测量范围一般在0～2500με左右，但在很多场合，如火箭发动机固体推进剂，直升机旋翼等，待测量的应变量可能在10000με左右甚至更高。因此现有的光纤光栅应变传感器的测量范围无法满足测量要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大量程的光纤应变传感器。

为达到上述目的，本发明提供了一种光纤应变传感器，包括管壳，所述管壳的两端分别安装有一个端盖，所述管壳内设有光纤光栅，所述光纤光栅的两端分别对应固定在两个所述端盖上且预张紧，所述管壳内安装有应变减敏梁，所述应变减敏梁由中间固定部和与其两侧连接的两个镜像对称的边缘应变减敏部构成，所述中间固定部固定于所述管壳的内壁上，两个所述边缘应变减敏部的自由端与所述光纤固定连接，且两个所述边缘应变减敏部与所述光纤光栅的粘接点之间的光纤光栅长度是所述中间固定部横向长度的数倍。

本发明的光纤应变传感器中，由于两个边缘应变减敏部与光纤光栅的粘接点之间的光纤光栅长度是中间固定部横向长度的数倍（假设为N倍），则光纤应变传感器通过其应变减敏梁传递到光纤光栅上的应变，为被测物应变的1/N，因此，本发明的光纤应变传感器使用应变减敏梁可以较好的保护光纤光栅，并且提高光纤应变传感器的测量范围。

附图说明

图1为本发明的光纤应变传感器的主视剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述：

参考图1所示，本实施例的光纤应变传感器，包括管壳1，管壳1的两端分别密封粘接接有一个端盖2，管壳1内设有光纤光栅3，光纤光栅3的两端分别对应通过粘接固定在两个端盖2上且预张紧，管壳1内安装有应变减敏梁4，该应变减敏梁4是由一厚度为0.25～0.5mm的条形不锈钢板弯折而成的一体结构，其包括中间固定部41和与其两侧连接的两个镜像对称的边缘应变减敏部42，其中，中间固定部41为矩形平底槽结构，而两个边缘应变减敏部42为两个镜像对称的阶梯型结构，中间固定部41粘接固定于管壳1的内壁上，两个边缘应变减敏部42的自由端与光纤光栅3固定连接。为保证应变减敏达到要求，且两个边缘应变减敏部42与光纤光栅3的粘接点之间的光纤光栅长度（即图中L_f）是中间固定部41横向长度（即图中L）的5倍，也可以根据需要适当改变倍数。此外，为了提高应变减敏效果，管壳1与两个端盖2围成的内腔内填充满光纤填充油膏5。

假设当被测物受拉力发生形变时，应变量为ε，由于中间固定部41的底部通过管壳1与被测物连接在一起，则中间固定部41同时产生应变ε，其中，L为中间固定部41的原长度，L'为发生形变时中间固定部41的长度，ΔL为形变量，应变减敏梁4除中间固定部41外其余部分由于未与管壳1接触，因此均未发生形变，即应变减敏梁4整体变形量为ΔL，假设两个边缘应变减敏部42之间的光纤光栅的应变为ε’：