[发明专利]一种大量程光纤光栅应变传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种大量程光纤光栅应变传感器，可以应用于18000_με甚至更大量程的应变测量。

背景技术

光纤光栅应变传感器是一种应用范围非常广泛的光纤传感器。当光纤光栅应变发生变化时，光纤的材料受栅格周期长度及弹光效应的影响会引起谐振波长的漂移，谐振波长随应变线性变化。检测波长即可得到待测表面的应变信息。波长漂移量对应变的灵敏度及测量量程与封装结构密切相关。

在某些表面应变测量过程中，要求应变传感器的测量范围很大，达到万级微应变，并且要求分布式多点测量，并且排线简洁，解调设备体积小巧。传统的电阻应变片和普通光纤光栅传感器难以满足需求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于大应变量程的光纤光栅应变传感器，体积小，重量轻，易于安装。

本发明的技术解决方案是：

一种大量程光纤光栅应变传感器，包括：光纤光栅、封装基片和保护套管；

封装基片由一整片长方形不锈钢加工而成，一体成型，封装基片包括三个部分，分别为：固支点、弹簧结构和飞翼；两个固支点分别位于弹簧结构的两边，分别与弹簧结构的两边连接，两个飞翼分别位于两个固支点的外侧；固支点厚度大于弹簧结构及飞翼的厚度，固支点相对弹簧结构及飞翼凸起，在该凸起部分上涂覆粘胶将所述大量程光纤光栅应变传感器粘贴在安装表面上，使得飞翼与安装表面之间具有空隙；当安装表面发生形变时，所述应变传感器的弹簧结构随之发生弹性形变，避免封装基片发生塑性形变或拉断；

封装基片上沿长边方向开有凹槽，光纤光栅从该凹槽内经过且光纤光栅与该凹槽有两个胶粘固定点，光纤光栅位于所述封装基片之外的部分套有保护套管进行保护。

所述光纤光栅为光纤布拉格光栅，所述保护套管为树脂材料，外径为0.9mm。

光纤光栅与所述凹槽的两个胶粘固定点之间的距离L_A与两个固支点之间的距离L_B之间满足如下关系式：L_A/L_B>≥ε_B/ε_A，ε_B为所述光纤光栅应变传感器的量程，ε_A为所述光纤光栅耐受的最大应变值。

所述光纤光栅与所述凹槽粘接使用环氧胶。

所述光纤光栅与所述凹槽通过环氧胶粘接包括高温固化和常温固化两种方式，所述高温固化是指在高于80℃环境下进行固化，常温固化是指在室温范围内进行固化。

采用高温固化方式时，如果所述光纤光栅与所述凹槽的两个胶粘固定点之间的预紧力为2N-2.5N时，所述光纤光栅应变传感器的工作温度范围为-40℃到120℃；如果所述光纤光栅与所述凹槽的两个胶粘固定点之间的预紧力为1.5N-2N时，所述光纤光栅应变传感器的工作温度范围为0℃到120℃；

采用常温固化方式时，如果所述光纤光栅与所述凹槽的两个胶粘固定点之间的预紧力为1N-2N时，所述光纤光栅应变传感器的工作温度范围为-40℃到120℃；如果所述光纤光栅与所述凹槽的两个胶粘固定点之间的预紧力为0.5N-1N时，所述光纤光栅应变传感器的工作温度范围为0℃到120℃。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明的光纤光栅传感器封装结构采用了减敏的设计，从而扩大量程范围，超过现有的光纤光栅应变传感器。封装结构一体成型，传感器制作简单，安装方便。

(2)光纤光栅与所述凹槽的两个胶粘固定点之间的距离L_A与两个固支点之间的距离L_B，ε_B为所述光纤光栅应变传感器的量程，ε_A为所述光纤光栅耐受的最大应变值，通过简单的原理L_A/L_B≥ε_B/ε_A，设计L_A或者L_B的长度就可以将传感器的量程扩大至光纤光栅耐受应变量的数倍。

(3)本发明的通过改变如果所述光纤光栅与凹槽的两个胶粘固定点之间的预紧力，可以改变相应的传感器工作温度范围。环氧胶不同的固化条件配合不同的预紧力，可以设计传感器不同的温度范围供用户选择。

附图说明

图1为传感器结构示意图，其中，图1(a)为传感器正面示意图，图1(b)为传感器背面示意图；

图2为第一种弹簧结构示意图；

图3为第二种弹簧结构示意图；