[发明专利]一种光纤光栅屈曲监测传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光纤光栅屈曲监测传感器及其制备方法，传感器包括两根光纤光栅敏感元件，纤维树脂、不锈钢锚头和传输跳线。两根光纤光栅敏感元件在纤维树脂成型过程中平行植入封装成纤维树脂智能筋，纤维树脂智能筋夹持在不锈钢锚头上，两根光纤光栅敏感单元通过传输跳线引出不锈钢锚头。本发明中的两根光纤光栅敏感单元在纤维树脂智能筋中间隔一定距离，通过两个光纤光栅敏感单元监测的压应变来评定轴向受压细长直杆等构件屈曲状态。

技术领域

本发明属于结构安全监测领域，具体涉及一种光纤光栅屈曲监测传感器及其制备方法。

背景技术

光纤光栅属于无源器件，具有体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀性强及应变或温度感知灵敏度高等特点，目前被广泛应用于土木工程、海洋工程、航天航空以及能源化工等领域的结构监测中。裸光纤光栅属于细径结构，易弯曲导致其抗压性能差且抗剪切性能差，不适合直接作为传感器用于工程结构的变形监测。目前，有诸多用于光纤光栅的封装技术的报道。常见的光纤光栅应变传感器是将光纤光栅粘贴在金属梁上并外加不锈钢套管保护，为了提高其负压能力，光纤光栅粘贴时施加一定的预拉应力，应变量程为-1500～+1500με。已报道的一种防屈曲光纤光栅应变传感器(专利申请号CN107101592A)采用FRP封装光纤光栅，设计的防屈曲约束组件和锚固组件能够有效控制传感器的间隙，达到传感器防弯曲效果，能够保证传感器受压时的整体稳定性，应变量程可达到-3000～+3000με。

诸如轴向受压的细长直杆等构件在压力过大时，可能会突然变弯，失去原来直线形式的平衡状态，而丧失继续承载的能力，导致失稳。目前已报道的具备受压性能的光纤光栅传感器只是侧重于自身抗压的能力，用于轴向受压细长直杆压力监测时，通过传感器压应变监测数据评估细长直杆的承载能力。但存在以下缺点：细长直杆的承载能力与其自身力学性能密切相关，细长直杆自身损伤时会导致承载能力下降，此时，因直杆损伤导致其失稳临界压应变变小，如果依然按照其设计的承载能力和监测的压应变信息来评估细长直杆构件的稳定性，会存在评定失效的风险。

因此，亟需一种能够直接识别细长直杆等轴向受压构件失稳的传感器，对于开展结构局部损伤评定具有重要的实际意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可识别细长直杆等轴向受压构件失稳方向的光纤光栅屈曲监测传感器及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种光纤光栅屈曲监测传感器及其制备方法，包括：两根光纤光栅敏感元件1、纤维树脂2、不锈钢锚头3和传输跳线4，其特征在于两根光纤光栅敏感元件1在纤维树脂2拉挤成型过程中平行植入封装形成纤维树脂智能筋，纤维树脂智能筋两端夹持不锈钢锚头3，光纤光栅敏感元件1通过传输跳线4引出不锈钢锚头3。

所述的纤维树脂2中的纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维，拉挤成型后的纤维智能筋的直径为5mm、长度为100mm。

所述的两根光纤光栅敏感元件1中，主应变光纤光栅敏感元件1-1布设于纤维树脂智能筋的中心位置；方向应变光纤光栅敏感元件1-2布设于纤维树脂智能筋的边缘，主应变光纤光栅敏感元件1-1和方向应变光纤光栅敏感元件1-2平行且相距1.5mm。

所述的不锈钢锚头3包括两个半圆柱形锚头3-1，螺栓3-2，其中半圆柱形锚头3-1包含5mm长的实心段3-1-1和15mm长的空心段3-1-2。两个半圆柱形锚头3-1通过螺栓3-2紧固组成的不锈钢锚头3。组装后的不锈钢锚头3内直径5mm、外直径6mm、长20mm。实心段3-1-1上钻两个直径为1.2mm的孔，两个孔圆心距1.5mm，其中一个孔位于组装后的不锈钢锚头3的中心位置。

所述的传输跳线4直径1.1mm，光纤光栅敏感元件1穿过传输跳线4并从不锈钢锚头3上两个圆孔引出。