[发明专利]受力构件、光纤光栅传感器以及智能拉索及制作方法

说明书

本发明公开了一种受力构件、光纤光栅传感器以及智能拉索及制作方法，包括用于与被测构件产生一致形变的测量段，所述测量段上开设有用于容纳光纤光栅的沟槽，所述沟槽沿被测构件受力方向延伸，在所述测量段的两端还设有用于固定光纤光栅的固定部。本发明通过在受力构件的测量段上开设沟槽，且沟槽沿被测构件受力方向延伸，当光纤光栅放置于该沟槽内时，该沟槽可以对光纤光栅进行定位，同时沟槽增大了光纤光栅与测量段的接触面积，并配合测量段两端的固定部对光纤光栅两端尾纤进行固定，使其形成一个整体结构，该受力构件方便对光纤光栅进行安装连接，且能够对光纤光栅形成较好的保护，避免光纤光栅损坏。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种受力构件、光纤光栅传感器以及智能拉索及制作方法。

背景技术

平行钢丝和钢绞线拉索广泛应用于桥梁工程中，如斜拉桥的拉索、拱桥和悬索桥的吊索，拱桥的系杆等。由于拉索的静态索力是拉索施工与运营检测的重要参数，拉索的静态应力、动态应力及振动情况是检测拉索工作状态的重要指标，因而需要对拉索的上述参数进行准确测量。

光纤光栅是一种性能优异的传感器件，能实现绝对的、动态的应变和温度测量，可以用于对拉索相关参数的测量。但是裸光纤光栅自身比较脆弱、且连接麻烦，若采用普通的粘结安装，对光纤光栅没有形成可靠的保护，同时粘结剂存在蠕变影响测量精度，此外对于大变形的拉索来说，其测量量程不够。

发明内容

本发明目的在于：针对在采用光纤光栅对拉索参数进行测量时，由于裸光纤光栅自身比较脆弱、连接麻烦，普通的粘结安装，对光纤光栅没有形成可靠保护的问题，提供一种受力构件，该受力构件方便对光纤光栅进行安装连接，且能够对光纤光栅形成较好的保护，避免光纤光栅损坏。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种受力构件，包括用于与被测构件产生一致形变的测量段，所述测量段上开设有用于容纳光纤光栅的沟槽，所述沟槽沿被测构件受力方向延伸，在所述测量段的两端还设有用于固定光纤光栅的固定部。

本发明通过在受力构件的测量段上开设沟槽，且沟槽沿被测构件受力方向延伸，当光纤光栅放置于该沟槽内时，该沟槽可以对光纤光栅进行定位，同时沟槽增大了光纤光栅与测量段的接触面积，并配合测量段两端的固定部对光纤光栅两端尾纤进行固定，使其形成一个整体结构，该受力构件方便对光纤光栅进行安装连接，且能够对光纤光栅形成较好的保护，避免光纤光栅损坏。

作为本发明的优选方案，所述测量段包括第一测量段和第二测量段，在垂直于被测构件受力方向的截面上，所述第一测量段的截面积小于所述第二测量段的截面积。

通过使测量段包括第一测量段和第二测量段，且在垂直于被测构件受力方向的截面上，第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，当被测构件发生形变时，第一测量段和第二测量段的应变是不一样的，截面积大的应变敏感性差，截面积小的应变敏感性好；另一方面截面积大的刚度和极限强度大，截面积小的刚度和极限强度小，当光纤光栅布置在不同截面积的测量段上时，即可实现对传感器的灵敏度或测量量程进行调整，有利于扩大传感器的适用范围。

需要说明的是，对于两端固定安装的应变传感器，根据受力构件的应变计算公式：其中N为轴向力，E为弹性模量，A为各测量段在垂直于被测构件受力方向上所对应的截面积，由于两端安装轴向力N大小一样，材质弹性模量E一样，且在安装段内的总变形一样，但在不同截面积的测量段上，变形分配的比例不一样，所以截面积的大小决定着各测量段的应变，因而调整各测量段截面积的大小比例，可调整传感器的灵敏度或测量量程。该方案既能够对光纤光栅形成较好的保护，避免光纤光栅损坏，又能对光纤光栅灵敏度或量程进行调整，摒弃了以往通过调整光纤光栅及其封装工艺来改变传感器的灵敏度或测量量程的做法，且该方案实施简单，实施成本低。