[实用新型]集成温度自补偿的光纤光栅应变传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种采用应变传感器间接测量锚杯表面的应变量的装置，特别是涉及到一种基于光纤光栅技术的缆索索力传感器，该种传感器可安装在拉索的锚具表面监测拉索索力或应变，也可用于测量土木建筑结构中钢、混凝土梁柱及其它结构件的应力变形。

背景技术

拉索的索力大小直接决定着斜拉桥、悬索桥、拱桥等拉索体系建筑的工作状态，采用准确的方法进行索力监测是保证其顺利施工和安全运营的必要手段；索力测量常用的压力测定法、磁通量法、频率法等手段，在精度、适用性、动态监测、拆装、耐久性等方面或多或少存在一定局限性；而光纤光栅传感器监测拉索索力是一种新型的理想的监测方法。

现有的光纤光栅传感器虽然是一种理想的长期测量传感器，测量具有精度高、耐久性好、不易受环境（电磁场、湿度、化学腐蚀等）影响等优点，但也存在自身缺点：光纤光栅易脆、易损坏，温度影响比较大，当温度和应变同时发生作用时，应变及温度存在交叉敏感问题。为了消除交叉影响，目前常采用参考光栅法，即单独布置一根光纤光栅，使之只受温度影响不受应变作用，从而实现对其他光纤光栅的温度补偿；由于目前结构与传感器同时受温度影响，独立光纤光栅对结构的温度影响没法消除或误差大，另外温度的敏感度比应力的灵敏度大也加大了温度补偿的难度。

专利申请公开号为CN102230834A的《一种带温度自补偿的光纤光栅索力传感器》公开了一种将光纤光栅应变传感器焊接在锚头，使索体拉力能够精确地传递到锚头上的光纤光栅应变传感器上的索力测量方法；但该专利要采用5只光纤光栅索力传感器，对于每只光纤光栅索力传感器是“将光纤光栅1两端采用胶接的方法固定在封装部件2内，然后将封装部件2分别置于固定支座4内，并使用螺栓将夹持部件3和固定支座4紧紧连接，最后使用焊接的方式将固定支座4与锚头连接”，因此，存在以下不足之处：

1、该专利是“在缆索锚头环向方向布置1个夹持式光纤光栅应变传感器，实现对索力传感器的温度补偿。”但这种方法存在明显的测量误差，因为锚头上布置传感器的各部位的温度变化是不完全一致的，特别是锚头还是出于室外环境条件下，所以无法保证4只光纤光栅索力传感器与温度补偿传感器受到的温度影响是一致，也就无法保证温度补偿的准确性，导致测量的误差；

   另外，温度的敏感度比应力的灵敏度高，用一个值消除多个传感器的温度影响，扩大了测量误差。

2、该专利提出的传感器封装方式简单，环氧树脂封装也存在外露老化的问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种集成温度自补偿的光纤光栅应变传感器，所述光纤光栅应变传感器是一种基于等强度悬臂梁结构的、具有温度自补偿的功能的、可用于测量表面应变的高灵敏度光纤光栅传感器，该光纤光栅应变传感器结构简单、精度高、工艺性好、拆装方便，可重复使用，而且具有温度自动补偿功能，能够很好地解决光纤光栅传感器应变及温度交叉敏感问题。

为解决上述问题， 本实用新型采用的技术方案是： 一种集成温度自补偿的光纤光栅应变传感器，包括光纤光栅传感器、弹片、夹持件、基座、Z形活动件和框架；

所述光纤光栅传感器由同型号不同波段的两根裸光纤光栅构成；

所述弹片为高弹性的金属薄片；

所述夹持件有2件，为带两通孔的金属方块；

所述基座有2件，为方形的金属板，每件基座上端有一个用于放置Z形活动件连接轴或框架连接轴的开口方槽，方槽两侧对称各有一个用于安装夹持件的螺纹孔；

所述Z形活动件为L形钢板，其上固定有一圆柱形的连接轴，轴的一端为球头；

所述框架为方形、圆形或多边形的金属框架，其上有框架轴孔、框架连接轴，轴的一端为球头；

所述 Z形活动件的连接轴穿过框架轴孔，与基座II通过夹持件II固定连接，并且能在框架轴孔内进行相对移动；

所述弹片的一端与Z形活动件的L形板固定相连，而另一端固定在金属框架上；框架连接轴与基座I通过夹持件I固定连接；

框架、Z形活动件、弹片、基座及夹持件形成一个悬臂梁受力结构；

光纤光栅传感器的同型号不同波段的两根裸光纤光栅对称粘贴在弹片上下两个面上；

工作状态下，两个基座通过栓接或焊接方式固定在被测构件表面，当被测构件产生应变时，带动基座、Z形活动件引起弹片变形，从而使光纤光栅变形。