[发明专利]一种应变片及光纤光栅应变传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感技术领域，具体而言，涉及一种应变片及光纤光栅应变传感器。

背景技术

随着光纤及其相关技术的日趋成熟，光纤传感器的实用化开发已经成为整个领域的研究热点和关键。同时，随着油气管道、高铁、桥梁、大型建筑等高速发展，其安全越来越受到各界关注。光纤光栅传感器由于具有抗电磁干扰、耐腐蚀、测量精度高、结构简单及测量对象广泛等优点，已逐渐发展成为长距离、恶劣环境下使用的关键传感器件。另外，科技的发展也在不断推动新传感机理的研究和传感器用特殊光纤材料和器件的研究。其中，光纤光栅应变传感器是工程领域中应用最广泛，技术比较成熟的光纤传感器。但是，由于光纤光栅自身比较脆弱，需要封装后才能使用，因此封装后较低的应变灵敏度是光纤传感技术中一个急需解决的问题。为了解决这一难题，很多研究人员开展了大量研究工作，主要分为两类：1、基于新型封装材料的应用(这类技术需要研发新型材料并进行实际验证)来提高应变灵敏度；2、基于传感器封装结构(特别是增敏结构)的改进提升(包括：基片式封装、管式封装以及基于管式的两端夹持式)以提高应变灵敏度。

对比以上两类技术，基于新型材料应用方法虽然能提高光纤光栅传感器的应变灵敏度，但是其技术难度、材料研发以及验证成本均大大增加(经济成本太高、研发周期长，并且不实用)，而改进封装结构的方法在不改变封装材料的前提下能够获得比较理想的应变灵敏度提升(验证周期短，比使用新封装材料的提升更大)。改进封装结构的技术能获得较高的应变灵敏度并且具有高的性价比，是目前比较热门的研究方向。目前已经报导的基片式封装结构的光纤光栅应变传感器主要有以下两种：1、“工”字型应变片(该结构类型的应变片虽然制作简单，但是应变灵敏度太低，不足以满足实际工程的需要)；2、普通改进型应变片(该结构基于传统的“工”字型结构应变片，目前应用比较广泛，应变灵敏度可达到“工”字型应变片的400倍左右，但是仍然不适用于对应变灵敏度要求更高的工作环境)。其中，“工”字型应变片由于中间部分比两端宽度要窄，因此受到轴向应力的时候其应变大多集中在中间区域，但是即便这样，其应力还是比较分散，整体应变(特别是光纤光栅固定部分)比较小，并不能达到实际工程所需要的应变灵敏度。普通改进型应变片是在传统“工”字型应变片的基础上改进而来，在应变片中部较窄部分与两端的结合处增加了长方形的镂空增敏结构。当应变片受到轴向应力时，其产生的应变大多集中在镂空增敏区域。此结构的应变片的应变灵敏度虽然高于“工”字型应变片，但是其应用范围仍然有限，结构设计也有不足之处，仍然不适用对应变灵敏度要求较高的工作环境。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于，提供一种应变片及光纤光栅应变传感器以解决上述问题。

本发明实施例提供了一种应变片，所述应变片包括第一安装部、第二安装部和连接于所述第一安装部和所述第二安装部之间的感应部，所述第一安装部、所述感应部和所述第二安装部沿第一预设方向依次连接；

所述感应部包括感应部本体和连接于所述感应部本体两端的增敏结构，所述增敏结构具有沿所述第一预设方向延伸的弯曲结构，所述感应部本体通过两端的所述增敏结构分别与所述第一安装部和所述第二安装部连接。

进一步地，所述弯曲结构包括至少两个沿所述第一预设方向依次连接的子弯曲结构，所述子弯曲结构具有连接部，以及位于所述连接部的两端，并且由所述连接部沿远离所述连接部的方向延伸的弯曲部，相邻的两个所述子弯曲结构通过所述弯曲部连接。

进一步地，位于所述连接部两端的所述弯曲部由所述连接部沿与所述第一预设方向垂直的第二预设方向延伸。

进一步地，至少两个所述子弯曲结构的弯曲方向相同。

进一步地，所述增敏结构具有两个所述弯曲结构，两个所述弯曲结构相对设置，所述弯曲结构包括两个所述子弯曲结构，以形成工字形镂空结构。

进一步地，所述弯曲结构为镂空状弯曲结构。

进一步地，所述增敏结构还包括连接于所述弯曲结构两端的弧形过渡结构，所述弧形过渡结构设置于所述弯曲结构的两端，所述增敏结构通过所述弧形过渡结构分别与所述第一安装部和感应部本体，以及所述第二连接部和所述感应部本体连接。

进一步地，所述第一安装部和所述第二安装部沿与所述第一预设方向垂直的第二预设方向的长度大于所述感应部本体沿与所述第一预设方向垂直的第二预设方向的长度。

进一步地，所述第一安装部、第二安装部和感应部为一体成型结构。