基于光纤光栅应变传感器的一体化应变测量装置

摘要

基于光纤光栅应变传感器的一体化应变测量装置，包括自由放置在待测金属结构上的光纤光栅应变传感器，第一磁力环通过磁力固定在待测金属结构上，并围住光纤光栅应变传感器，固定环带有内定位环及外定位环，外定位环固定在第一磁力环上，光纤光栅温度补偿传感器支撑在支板上，支板固定在内定位环上，如此使光纤光栅应变传感器及光纤光栅温度补偿传感器位于一个密闭空间内，密封盖固定在外定位环上，密封盖底部的回形翻边紧密贴合在待测金属结构上，第二磁力环覆盖在密封盖的回形翻边上，防水密封板固接在外定位环上。本发明使得基于光纤光栅应变传感器的应变测量装置同时具有温度补偿功能及防水密封性能，提高了测量精度，且装拆方便，可重复利用。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及应用于工程结构的实时结构健康监测中的同时具有温度补偿功能及防水密封性能的基于光纤光栅应变传感器的应变测量装置。

背景技术

对于舰船、海洋平台、铁路、桥梁斜拉索等大型工程结构，为了及时识别结构的累积损伤，从而对可能出现的灾害提前预警，需进行实时结构健康监测。应变是工程结构的重要物理特性，其能够反映结构的相应特征，可以判断结构损伤状态，是工程结构健康监测最为重要的参数。在常见的应变测量元件中，光纤光栅传感器以其线性好、可动态测量、运用波长编码可进行串联、无电探测、无电磁干扰、耐水防腐、耐疲劳性、稳定性好等诸多优点，被广泛应用于土木工程、船舶工程等相关领域，成为大型工程结构健康监测领域应用前景最好的核心传感元件。光纤光栅传感的传感原理是以光波为信号载体，并采用波长调制，它不受光强的影响，信号稳定，利用光纤光栅制作的温度和应变传感器能有效地测量结构的温度与应变。光纤光栅传感器在长期监测过程中，测点周围温度变化频繁，为了有效监测结构应变状态，必须采取措施消除温度变化引起的光纤光栅中心波长漂移，这就需要解决光纤光栅传感器测量过程中的温度补偿问题，另一方面，海洋工作环境十分恶劣，对传感器的防水、防潮、防裂、防腐的要求很高，这就需要解决光纤光栅传感器长期测量过程中的防水密封问题。针对以上情况，现有技术中有可以温度补偿的光纤光栅传感器，但是如何在传感器安装过程中同时解决温度补偿和防水密封问题，仍然是其实际使用中需要解决的技术问题。

发明内容

本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种基于光纤光栅应变传感器的一体化应变测量装置，其使得基于光纤光栅应变传感器的应变测量装置同时具有温度补偿功能及防水密封性能，提高了测量精度，且装拆方便，可重复利用。

本发明的技术方案如下：

基于光纤光栅应变传感器的一体化应变测量装置，包括自由放置在待测金属结构上的光纤光栅应变传感器，第一磁力环通过磁力固定在待测金属结构上，并围住光纤光栅应变传感器，固定环带有内定位环及外定位环，外定位环固定在第一磁力环上，光纤光栅温度补偿传感器支撑在支板上，支板固定在固定环的内定位环上，光纤光栅应变传感器及光纤光栅温度补偿传感器位于由支板、固定环、第一磁力环及待测金属结构形成的密闭空间内，密封盖固定在固定环的外定位环上，密封盖底部具有回形翻边，所述回形翻边紧密贴合在待测金属结构上，第二磁力环覆盖在密封盖的所述回形翻边上，防水密封板固接在固定环的外定位环上，光纤光栅应变传感器两头连接的光纤一依次从第一磁力环、密封盖穿出，光纤光栅温度补偿传感器两头连接的光纤二依次从固定环、密封盖穿出。

其进一步技术方案为：

所述外定位环的下表面涂抹凡士林，通过金属胶粘贴固定在第一磁力环上。

所述支板通过金属胶粘贴固定在固定环的内定位环上。

所述光纤光栅温度补偿传感器放置在支板上，光纤光栅温度补偿传感器两头连接的光纤二从支板两端的光纤出口穿出，光纤光栅温度补偿传感器通过光纤二及所述光纤出口支撑在支板上。

所述防水密封板通过固定螺栓固接在固定环的外定位环上。

本发明的技术效果：

本发明同时采用光纤光栅应变传感器及光纤光栅温度补偿传感器可以对应变和温度同时测量，通过相应的运算法可以实现光纤传感器测量应变时的温度补偿功能；同时，本发明在应变测量装置的安装过程中，将光纤光栅应变传感器及光纤光栅温度补偿传感器置于由支板、固定环、第一磁力环及待测金属结构形成的密闭空间内，再由密封盖及防水密封板对光纤光栅应变传感器及光纤光栅温度补偿传感器进行防水密封，提高了测量装置的防水密封性能，本发明同时具备温度补偿功能和较好的防水密封性能，可以确保测量结果的准确性；通过第二磁力环和第一磁力环的移动可以实现本发明所述的一体化应变测量装置的重复利用，可以节约成本。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为图1的半剖视图。

图3为本发明的结构爆炸示意图，其中传感器安装的部分结构未作分解。

图4为本发明中安装传感器部分的结构爆炸示意图。

图5为光纤光栅温度补偿传感器与支板的装配结构示意图。

其中：1、待测金属结构；2、光纤光栅应变传感器；21、光纤一；3、第一磁力环；4、固定环；41、内定位环；42、外定位环；5、光纤光栅温度补偿传感器；51、光纤二；6、密封盖；7、第二磁力环；8、防水密封板；9、支板。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

见图4，本发明包括自由放置在待测金属结构1上的光纤光栅应变传感器2，第一磁力环3通过磁力固定在待测金属结构1的上表面，并围住光纤光栅应变传感器2，固定环4带有内定位环41及外定位环42，外定位环42固定在第一磁力环3上，见图5，光纤光栅温度补偿传感器5自由支撑在支板9上，将光纤光栅温度补偿传感器5放置在支板9上，光纤光栅温度补偿传感器5两头连接的光纤二51从支板9两端的光纤出口穿出，光纤光栅温度补偿传感器5通过光纤二51及光纤出口支撑在支板9上，见图4，支板9固定在固定环4的内定位环41上，光纤光栅应变传感器2及光纤光栅温度补偿传感器5位于由支板9、固定环4、第一磁力环3及待测金属结构1形成的密闭空间内；见图2、图3，橡胶密封盖6固定在固定环4的外定位环42上，密封盖6底部具有回形翻边，所述回形翻边紧密贴合在待测金属结构1的上表面，第二磁力环7覆盖在密封盖6的所述回形翻边上，防水密封板8通过固定螺栓固接在固定环4的外定位环42上，光纤光栅应变传感器2两头连接的光纤一21依次从第一磁力环3、密封盖6穿出，光纤光栅温度补偿传感器5两头连接的光纤二51依次从固定环4、密封盖6穿出，本发明的总装结构参见图1。

进一步地，外定位环42的下表面涂抹凡士林，通过金属胶粘贴固定在第一磁力环3上；支板9通过金属胶粘贴固定在固定环4的内定位环41上。

本发明同时采用光纤光栅应变传感器2及光纤光栅温度补偿传感器5可以对应变和温度同时测量，通过相应的运算法可以实现光纤传感器测量应变时的温度补偿功能；同时，本发明在应变测量装置的安装过程中，将光纤光栅应变传感器2及光纤光栅温度补偿传感器5置于由支板9、固定环4、第一磁力环3及待测金属结构1形成的密闭空间内，再由密封盖6及防水密封板8对光纤光栅应变传感器2及光纤光栅温度补偿传感器5进行防水密封，提高了测量装置的防水密封性能。

本发明的第一磁力环3、固定环4、支板9根据光纤光栅工作应变传感器2的具体要求设计加工，通过移动第二磁力环7和第一磁力环3，可以实现本发明所述的一体化应变测量装置的重复利用，可以节约成本。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。