专利名称：基于复合材料的光纤传感装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤传感装置技术领域，具体涉及一种基于复合材料的光纤传感装置。
背景技术：
由于对滑坡、泥石流、地震、以及大型人工建筑物健康监测的需要，应力应变参数监测是技术人员最关心的重要参数之一，传统的以电和磁为核心的传感器由于耐久性、抗干扰能力等方面的缺陷导致其应用范围比较狭窄。随着对光纤理解的深入以及光纤技术的发展，越来越多的学者倾向于采用光纤技术方案对应力进行点式和分布式监测，中国专利申请号201020516566. 7《一种柱体应力感测装置》的专利文献中，提出了一种柱形的光纤微弯原理的传感装置，通过预制的微弯结构达到了即可以有效的保护传感的光纤，又能够有效的、定量的监测的目的，同时可以扩展为分布式监测系统，具有一定优越性。但在进行滑坡等大变形监测时，一般的柱体材料的不能满足要求，当柱体材料选择金属材料时，虽具有一定的刚性，但变形量较小，超过一定的变形量后柱体材料会出现断裂现象而使传感器失效；当选择具有良好弹性的非金属材料时，刚性不足，随着柱体长度的增加，其自身重量会导致柱体变形，影响了该传感装置的使用和精度。这些都限制了该发明的光纤传感器的推广使用。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于复合材料的光纤传感装置，该光纤传感装置在保证刚性的基础上大幅度的减少了柱体的重量，并具有较大变形的能力。使本发明的光纤应力监测装置具有使用寿命长、精度高、用途广的特点。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种基于复合材料的光纤传感装置，包括柱体10和在柱体10上分布的凹槽4，凹槽4的相对两面上分别具有相互交错对应的A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2，且在凹槽4的相对两面的A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2之间夹有信号光纤6,信号光纤6与测试单元5相接，其特征在于所述的柱体10是由至少2层不同的材料构成，且所述不同的材料是沿着柱体的径向逐层分布的。所述的柱体10内层是加强层8。所述的柱体10是由3层材料构成，其中间层是加强层8。所述的加强层8是由基材与加强纤维复合而成。所述的基材是高分子材料或铝合金。所述的加强纤维是钢丝、玻璃纤维、碳化硼纤维、碳纤维、芳纶纤维、高模量聚乙烯纤维或PBO纤维。 所述的加强纤维是沿着柱体轴向螺旋分布的。所述的加强层8的基材是热熔胶。
所述的柱体10最外层12材料是硬质聚氯乙烯。所述的柱体10最内层9材料是聚乙烯。当柱体在应力下变形时，凹槽的宽度变化，使位于凹槽的相对两面上的变形齿之间的距离也会改变，从而使夹持于变形齿间的信号光纤的弯曲曲率变化，这又使信号光纤的弯曲损耗变化，通过测试单元可得到信号光纤弯曲损耗变化的大�。⒖赏扑愠鲋逅苡αΦ拇笮�。本发明与现有技术相比具有以下优点:1、基于复合材料的光纤传感装置中，柱体采用的复合材料在待监测应力或位移作用下具有较大的变形能力，使该传感装置具有较大的测试动态范围；2、基于复合材料的光纤传感装置中，柱体采用的复合材料可以大幅度的降低自身的重量，一方面减小了自身重量对传感装置的影响，同时降低了生产、运输和使用的成本，更利于推广；3、基于复合材料的光纤传感装置中，由于柱体采用的复合材料构成，增加了柱体的弹性和弯曲变形的能力，同时又具有适当的刚性，从而有效的适应实际工程条件的需求。综上所述，本发明结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，柱体在采用复合材料后不仅具有一定的刚性，同时具有较大的变形能力，使本发明的装置具有更好的精度、更长的使用寿命、以及更优异的环境适应能力。下面通过附图和实施例，对发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明第一具体实施方式
的结构示意图。图2为图1中柱体沿的A-A’的剖面结构示意图。图3为本发明第二具体实施方式
的剖面结构示意图。图4为本发明第三具体实施方式
的剖面结构示意图。附图标记说明:1-延长光纤；4_凹槽；4-1-Α侧变形齿；4-2-B侧变形齿；5_测试单元；6_信号光纤；7-处理单元；8_加强层；9_最内层；10_柱体；12-最外层。
具体实施例方式实施例1如图1、图2所示，本发明包括在柱体10上分布有凹槽4，凹槽4的相对两面上分别具有相互交错对应的A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2，且在凹槽4的相对两面的变形齿之间夹有信号光纤6，信号光纤6通过延长光纤I接测试单元5，在测试单元5后面接处理单元7，特别是柱体10是由不同的材料复合而成，也就是由加强层8和最外层12构成。优选的，所述的加强层8是由高分子材料和加强纤维复合材料，使柱体10不仅具有一定的刚性，且具有较大的变形能力；当柱体10在应力下变形时，凹槽4的宽度变化，使位于凹槽4的相对两面上的变形齿之间的距离也会改变，从而使夹持于变形齿间的信号光纤6的弯曲曲率变化，这又使信号光纤6的弯曲损耗变化，通过测试单元5可得到信号光纤6弯曲损耗变化的大�。⒋莞淼ピ�7，处理单元7推算出柱体10所受应力的大小。由于在柱体10上的凹槽4的相对两侧有众多相互交错对应的变形齿,从而使信号光纤6的有效弯曲部分的长度大大延长，一方面减少了信号光纤6的弯曲曲率，另一方面提高该装置的精度，同时也大大延长了信号光纤6的使用寿命，由于柱体10采用的是复合材料，所以柱体10在应力F作用下具有较大的变形能力，从而使凹槽4的宽度的变化范围增大，这又使信号光纤6的弯曲损耗变化动态范围扩大，使该传感装置具有监测大变形的能力。优选的，所述的加强层8的基材是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子材料，不仅重量轻、变形能力大，并且成本较低。当然，基材也可选用纯铝、铝合金、铁或铁合金、铜及铜合金，使柱体10具有较高的刚性。优选的，所述的加强纤维是钢丝、玻璃纤维、碳化硼纤维、碳纤维、芳纶纤维、高模量聚乙烯纤维或PBO纤维。优选的，所述的加强纤维是沿着柱体轴向螺旋分布的。当然，在柱体10的内部或外部也可以安置具有一定刚性的管材，如铁管、铝管、硬质聚氯乙烯管，一方面增加柱体10的刚性，同时增强对柱体10和信号光纤6的保护。实施例2如图3所示，本实施例中，与实施例1不同的是所施加的应力F是作用于柱体10的上端部或下端部，使柱体10呈现整体的弯曲。本实施例中,其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。实施例3如图4所示，本实施例中，与实施例1不同的是柱体10是由3层材料复合而成。优选的，所述的加强层8的基材是热熔胶，其加强纤维是钢丝，从而在保证柱体10的刚性及变形能力的基础上，可以降低成本，易于推广实施。优选的，所述的柱体10最外层材料是硬质聚氯乙烯，凹槽也分布于该层材料上。优选的，所述的柱体10最内层材料是聚乙烯。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种基于复合材料的光纤传感装置，包括柱体(10)和在柱体(10)上分布的凹槽(4)，凹槽(4)的相对两面上分别具有相互交错对应的A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿(4-2)，且在凹槽(4)的相对两面的A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿(4-2)之间夹有信号光纤(6)，信号光纤(6)与测试单元(5)相接，其特征在于:所述的柱体(10)是由至少2层不同的材料构成，且所述不同的材料是沿着柱体的径向逐层分布的。
2.根据权利要求1所述的光纤传感装置，其特征在于:所述的柱体(10)内层是加强层⑶。
3.根据权利要求1所述的光纤传感装置，其特征在于:所述的柱体(10)是由3层材料构成，其中间层是加强层(8)。
4.根据权利要求2或3所述的光纤传感装置，其特征在于:所述的加强层(8)是由基材与加强纤维复合而成。
5.根据权利要求4所述的光纤传感装置，其特征在于:所述的基材是高分子材料或铝I=1-Wl O
6.根据权利要求4所述的光纤传感装置，其特征在于:所述的加强纤维是钢丝、玻璃纤维、碳化硼纤维、碳纤维、芳纶纤维、高模量聚乙烯纤维或PBO纤维。
7.根据权利要求4所述的光纤传感装置，其特征在于:所述的加强纤维是沿着柱体轴向螺旋分布的。
8.根据权利要求4所述的光纤传感装置，其特征在于:所述的加强层(8)的基材是热熔胶。
9.根据权利要求2或3所述的光纤传感装置，其特征在于:所述的柱体(10)最外层(12)材料是硬质聚氯乙烯。
10.根据权利要求3所述的光纤传感装置，其特征在于:所述的柱体(10)最内层(9)材料是聚乙烯。
全文摘要
本发明公开了一种基于复合材料的光纤传感装置，包括柱体和在柱体上分布的凹槽，凹槽的相对两面上分别具有相互交错对应的变形齿，且在凹槽的相对两面的变形齿之间夹有信号光纤，信号光纤与测试单元相接，所述的柱体是由至少2层材料复合构成，且所述不同的材料是沿着柱体的径向逐层分布的；该光纤传感装置在保证刚性的基础上大幅度的减少了柱体的重量，并具有较大变形的能力。使本发明的光纤应力监测装置具有使用寿命长、精度高、用途广的特点。
文档编号G01B11/16GK103076123SQ20111032996
公开日2013年5月1日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26日
发明者杜兵 申请人:西安金和光学科技有限公司
专业数控铣床产品供应商
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