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一種光纖光柵差動應變片及其制作和使用方法
【專利摘要】本發明提供一種光纖光柵差動應變片，包括第一光纖光柵、第二光纖光柵、彈性體和安裝臂，彈性體為一個中空的、既軸對稱又中心對稱的變形體；其中第一光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的一面，第二光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的另一面，第一光纖光柵和第二光纖光柵相互垂直，二者的光柵均通過彈性體的中心且不接觸；所述的安裝臂固定在彈性體的兩側，且與第一光纖光柵在同一方向；安裝臂的厚度大于彈性體的厚度，安裝臂上設有用于穿過第一光纖光柵的尾纖的開槽。本發明結構采用兩端粘貼的方式，可保證光柵部位受力均勻，消除啁啾化現象，從而保證檢測的精度，兩端粘貼的方式還可使應變片的制作工藝更加簡單，更易于操作。
【專利說明】一種光纖光柵差動應變片及其制作和使用方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光纖傳感部件，具體涉及一種光纖光柵差動應變片及其制作和使用方法。
【背景技術】
[0002]為了進行結構的受力分析或監測受機械負載的構件，常使用電阻應變片檢測被加載力的結構元件的應變。這種電阻應變片由基底、敏感柵、覆蓋層以及引出線組成，敏感柵是電阻應變量轉化為電阻變化量的敏感部分；基底和覆蓋層具有定位和保護電阻絲與被測體絕緣的作用；引線起著連接測量導線的作用；為了檢測與負載相關的應變，這些電阻應變片被敷設在被監測構件上，并通過測量敏感柵的電阻變化將應變轉變為電信號，該信號與應變或作用力成比例。電阻應變片具有體積小、易于安裝等特點，但它對于電磁場或高壓場的影響十分敏感，并且在易燃易爆場合不允許使用。
[0003]光纖傳感技術是伴隨光纖通信技術而產生的一項重要發明，由于該技術采用的是光信號調制的方式，因此本質上具備良好的抗電磁干擾能力，同時隨著制作工藝的深入研究和改進，使其具備寬動態監測范圍、高靈敏度等特點，光信號傳輸距離長，便于組網實現分布式測量，這些優點均為工程監測提供了有效的解決辦法，因此受到了國內外研究人員的廣泛關注。但是，在光纖光柵傳感器的工程應用中還存在著如下問題:(1)由于光纖光柵傳感器對溫度和應變均敏感，應用時需解決溫度和應變交叉敏感的問題。(2)光纖光柵本身具有一定的長度，如果直接固化在被監測的構件上，則很難保證光柵所受的應變場是均勻的，這樣就容易導致光纖光柵的啁啾化，影響測量的精度。(3)直接將光纖光柵固化于被監測體上，不便于工程化施工。

【發明內容】

[0004]本發明旨在克服光纖光柵傳感技術上述的問題，提供一種結構簡單、封裝工藝易于操作的光纖光柵應變片。
[0005]本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為:一種光纖光柵差動應變片，其特征在于:它包括第一光纖光柵、第二光纖光柵、彈性體和安裝臂，彈性體為一個中空的、既軸對稱又中心對稱的變形體；其中第一光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的一面，第二光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的另一面，第一光纖光柵和第二光纖光柵相互垂直，二者的光柵均通過彈性體的中心且不接觸；所述的安裝臂固定在彈性體的兩側，且與第一光纖光柵在同一方向；安裝臂的厚度大于彈性體的厚度，安裝臂上設有用于穿過第一光纖光柵的尾纖的開槽。
[0006]按上述方案，第一、第二光纖光柵與彈性體的粘貼點分別設有開槽。
[0007]按上述方案，所述的彈性體為圓環狀變形體或中空正多邊形變形體。
[0008]—種上述光纖光柵差動應變片的制作方法，其特征在于:
[0009]在彈性體的兩面分別設置一對開槽，每對開槽的連線均通過彈性體的中心；[0010]安裝臂固定在彈性體的兩側，且安裝臂也設置開槽，安裝臂的開槽與彈性體的其中一對開槽在同一直線上；
[0011]經過預拉伸的第一光纖光柵沿彈性體一面的開槽放置，其光柵位于彈性體的中心軸上且其尾纖放置在彈性體和安裝臂的開槽中涂膠固定；經過預拉伸的第二光纖光柵沿彈性體另一面的開槽放置，其光柵位于彈性體的中心軸上且其尾纖放置在彈性體的開槽中涂膠固定。
[0012]利用上述制作方法制作的光纖光柵差動應變片的使用方法為:
[0013]將光纖光柵差動應變片通過安裝臂固定在被監測體上，被監測體應變改變引起變形環的形變，進而使第一光纖光柵和第二光纖光柵中心波長差發生變化，通過檢測兩個光纖光柵中心波長差的變化量，得出被監測體所產生的應變量。
[0014]本發明的有益效果為:
[0015]1、利用本發明結構的光纖光柵應變片及制作方法，使兩光柵波長變化量之差僅與應變片受力的大小線性相關，而與溫度無關，消除了應變和溫度的交叉敏感；本發明結構采用兩端粘貼的方式，可保證光柵部位受力均勻，消除啁啾化現象，從而保證了檢測的精度，兩端粘貼的方式還可使應變片的制作工藝更加簡單，更易于操作，這將為光纖光柵傳感技術的推廣和應用提供有力的支持；安裝臂略厚于彈性體，以保證應變片僅通過安裝臂感知被監測體的受力，從而帶動彈性體產生形變，可消除應變片直接接觸被監測體時受力不均影響應變片的準確性和一致性。
[0016]2、第一、第二光纖光柵均須預拉伸后粘貼于彈性體上，這樣能使彈性體對正負應變均可實現感知。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發明一實施例的結構示意圖。
[0018]圖2為圖1的俯視圖。
[0019]圖3為本發明另一實施例的結構示意圖。
[0020]圖4為圖3的俯視圖。
[0021]圖中:1-第一光纖光柵，2-第二光纖光柵，3-環狀變形體，4-第一安裝臂，5-第二安裝臂
【具體實施方式】
[0022]下面結合具體實例和附圖對本發明做進一步說明。
[0023]一種光纖光柵差動應變片，其特征在于:它包括第一光纖光柵、第二光纖光柵、彈性體和安裝臂，彈性體為一個中空的、既軸對稱又中心對稱的變形體；其中第一光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的一面，第二光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的另一面，第一光纖光柵和第二光纖光柵相互垂直，二者的光柵均通過彈性體的中心且不接觸；所述的安裝臂固定在彈性體的兩側，且與第一光纖光柵在同一方向；安裝臂的厚度大于彈性體的厚度，安裝臂上設有用于穿過第一光纖光柵的尾纖的開槽。
[0024]實施例一:
[0025]圖1為本發明實施例一的結構示意圖，圖2為圖1的俯視圖，它包括第一光纖光柵1、第二光纖光柵2、彈性體和安裝臂，彈性體為一個圓環狀變形體3 (本實施例中使用的是鋼制的圓環狀變形體)；其中第一光纖光柵I的兩端粘貼在圓環狀變形體3的一面，第二光纖光柵2的兩端粘貼在圓環狀變形體3的另一面,第一光纖光柵I和第二光纖光柵2相互垂直，二者的光柵均通過圓環狀變形體3的圓心軸且不接觸；所述的安裝臂固定在圓環狀變形體3的兩側,分為第一安裝臂4和第二安裝臂5,且與第一光纖光柵I在同一方向；安裝臂的厚度略大于(厚度差大于光纖的直徑即可)圓環狀變形體3的厚度，安裝臂上設有用于穿過第一光纖光柵I的尾纖的開槽。在圓環狀變形體3上也有開槽用于第二光纖光柵2尾纖的引出。
[0026]當在圓環狀變形體上的第一光纖光柵固化的兩端位置加載力F時,第一光纖光柵和第二光纖光柵產生的應變量分別是:
【權利要求】
1.一種光纖光柵差動應變片，其特征在于:它包括第一光纖光柵、第二光纖光柵、彈性體和安裝臂，彈性體為一個中空的、既軸對稱又中心對稱的變形體；其中第一光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的一面，第二光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的另一面，第一光纖光柵和第二光纖光柵相互垂直，二者的光柵均通過彈性體的中心且不接觸；所述的安裝臂固定在彈性體的兩側，且與第一光纖光柵在同一方向；安裝臂的厚度大于彈性體的厚度，安裝臂上設有用于穿過第一光纖光柵的尾纖的開槽。
2.根據權利要求1所述的光纖光柵差動應變片，其特征在于:第一、第二光纖光柵與彈性體的粘貼點分別設有開槽。
3.根據權利要求1所述的光纖光柵差動應變片，其特征在于:所述的彈性體為圓環狀變形體或中空正多邊形變形體。
4.一種權利要求1或2或3所述的光纖光柵差動應變片的制作方法,其特征在于: 在彈性體的兩面分別設置一對開槽，每對開槽的連線均通過彈性體的中心； 安裝臂固定在彈性體的兩側，且安裝臂也設置開槽，安裝臂的開槽與彈性體的其中一對開槽在同一直線上； 經過預拉伸的第一光纖光柵沿彈性體一面的開槽放置，其光柵位于彈性體的中心軸上且其尾纖放置在彈性體和安裝臂的開槽中涂膠固定；經過預拉伸的第二光纖光柵沿彈性體另一面的開槽放置，其光柵位于彈性體的中心軸上且其尾纖放置在彈性應變片的開槽中涂膠固定。
5.利用權利要求4所述的光纖光柵差動應變片的制作方法制作的光纖光柵差動應變片的使用方法為: 將光纖光柵差動應變片通過安裝臂固定在被監測體上，被監測體應變改變引起變形環的形變，進而使第一光纖光柵和第二光纖光柵中心波長差發生變化，通過檢測兩個光纖光柵中心波長差的變化量，得出被監測體所產生的應變量。
【文檔編號】G01B11/16GK103940359SQ201410160233
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月21日 優先權日:2014年4月21日
【發明者】潘建軍, 李維來, 王立新, 劉捷, 魯曉珊, 龐錦 申請人:武漢理工大學