专利名称：温度补偿光纤应变仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量主体结构的应变的温度补偿光纤应变仪。
背景技术：
光纤应变仪通常连接到主体结构，以测量主体结构经受的应变或者振动。主体 结构经受的应变或者振动传递到与成型的或者蚀刻的金属支座连接的光纤布拉格光栅 (FBG)。FBG是记录在光纤的芯部中的结构。FGB的结构导致特定波长(称为布拉格波长) 的光在光纤内反射。该结构的节距(Λ)和有效折射率(Iirff)以及布拉格波长(表示为 2neffA)高度重复地对应变和温度敏感。因此，FBG是优秀的光纤传感器。FBG的应变或者 温度以布拉格波长编码，该布拉格波长可采用光学询问器来测量。极度需要一种精确并且可靠的应变仪。
发明内容
在第一优选方面中，提供一种用于测量主体结构的应变的温度补偿光纤应变仪， 所述应变仪包括支座，该支座操作地连接到所述主体结构，所述支座具有使得所述支座的第一部 分与所述支座的第二部分分隔开的空隙；第一光纤布拉格光栅，即第一 FBG，该第一光纤布拉格光栅记录在光纤的芯部内， 用于测量应变和温度，所述第一 FBG横过所述空隙定位，所述第一 FBG的第一端部操作地连 接到所述支座的第一部分，所述第一 FBG的第二端部操作地连接到所述支座的第二部分， 所述第一 FBG的这两个端部被预加载应变的量大于所述第一 FBG的预定操作范围；第二光纤布拉格光栅，即第二 FBG，该第二光纤布拉格光栅记录在所述光纤的芯部 内，用于测量温度，所述第二 FBG的温度测量用来消除温度对所述第一 FBG的应变测量的影 响，所述第二 FBG的第一端部操作地连接到所述第一 FBG，所述第二 FBG的第二端部操作地 连接到所述支座，使得所述第二 FBG没有应变；以及能被移除的桥接部分，该桥接部分与所述空隙相邻，以将所述支座的第一部分连 接到所述支座的第二部分，所述桥接部分在所述支座操作地连接到所述主体结构之后移 除，其中，通过检测反射波长是否恢复到所述第一 FBG的原始布拉格波长来提供右侧 故障验证特征，从而指示所述第一 FBG是否断裂。第一桥接部分可邻近所述空隙的顶部纵向侧定位，第二桥接部分可邻近所述空隙 的底部纵向侧定位。可通过采用剪切钳从所述支座切割或者通过采用切模冲压，来移除所述桥接部 分。所述支座可由金属制成。所述金属支座具有上表面和下表面，所述金属支座的下表面可通过点焊或者粘接剂例如环氧树脂或者胶连接到所述主体结构。所述金属支座可以具有多个孔，以将过量的粘接剂从所述金属支座的下表面引导 到所述金属支座的上表面，使得保持所述金属支座和所述主体结构之间的紧密接触，以最 大化地将应变从所述主体结构传递到所述第一 FBG。所述金属支座的上表面可以具有凹入焊盘，用于将所述金属支座点焊到所述主体 结构。所述金属支座可以具有通过蚀刻或者机加工所述金属支座形成的四个凹入焊盘。所述光纤可以是低弯曲损耗光纤，例如满足ITU G. 657表B的单模式石英光纤。所述第一 FBG可由防水弹性胶例如硅树脂胶覆盖，以保护所述第一 FBG不受湿气 影响，并且缓冲第一 FBG以避免侧向震荡。所述空隙可以定位在所述支座的中间部分。所述应变仪还可包括定位在每个桥接部分的中间部分的凹口，用于缓解当可移除 的桥接部分被移除时产生的应力。所述应变仪还可还包括位于所述支座的端部处的一对可折叠的翼，所述翼被折叠 以将光纤覆盖和固定在所述支座的所述端部。所述支座的下表面可包括凹入通道，用于容纳所述光纤和FBG，使得所述光纤不会 突出来而超出所述支座的下表面。所述凹入通道可具有弯曲部分和窄的笔直部分，所述弯曲部分允许光纤响应于机 械应变或者热应变而在所述FBG的预定操作范围内自由运动，所述窄的笔直部分确保所述 第二 FBG保持笔直。所述第一 FBG和所述第二 FBG可以定位在所述支座的中间部分，并且定向成基本 上相互平行，以减小用于应变仪的光纤的长度。所述第二 FBG的第二端部可连接到所述支座的悬垂部分，从而使该第二端部没有 张力。在第二方面中，提供一种用于测量主体结构的应变的系统，所述系统包括支座，该支座操作地连接到所述主体结构，所述支座具有使得所述支座的第一部 分与所述支座的第二部分分隔开的空隙；第一光纤布拉格光栅，即第一 FBG，该第一光纤布拉格光栅记录在光纤的芯部内， 用于测量应变和温度，所述第一 FBG横过所述空隙定位，所述第一 FBG的第一端部操作地连 接到所述支座的第一部分，所述第一 FBG的第二端部操作地连接到所述支座的第二部分， 所述第一 FBG的这两个端部被预加载应变的量大于所述第一 FBG的预定操作范围；第二光纤布拉格光栅，即第二 FBG，该第二光纤布拉格光栅记录在所述光纤的芯部 内，用于测量温度，所述第二 FBG的温度测量用来消除温度对所述第一 FBG的应变测量的影 响，所述第二 FBG的第一端部操作地连接到所述第一 FBG，所述第二 FBG的第二端部操作地 连接到所述支座，使得所述第二 FBG没有应变；以及能被移除的桥接部分，该桥接部分与所述空隙相邻，以将所述支座的第一部分连 接到所述支座的第二部分，所述桥接部分在所述支座操作地连接到所述主体结构之后移 除，其中，通过检测反射波长是否恢复到所述第一 FBG的原始布拉格波长来提供右侧故障验证特征，从而指示所述第一 FBG是否断裂。在第三方面中，提供了一种用于提供用于温度补偿光纤应变仪的右侧故障验证特 征的方法，所述方法包括将支座操作地连接到主体结构，所述支座具有将所述支座的第一部分与所述支座 的第二部分分离开的空隙；对连接到所述第一部分和第二部分的第一光纤布拉格光栅，即第一 FBG的端部施 加预应变，其量为大于所述第一 FBG的预定操作范围；将第二光纤布拉格光栅，即第二FBG操作地连接到所述第一FBG和所述支座；以及在所述支座操作地连接到所述主体结构之后将连接所述第一部分和第二部分的 桥接部分移除；其中，通过检测反射波长是否恢复到所述第一 FBG的原始布拉格波长来提供右侧 故障验证特征，从而指示所述第一 FBG是否断裂。在第四方面中，提供了一种用于温度补偿光纤应变仪的支座，所述支座包括位于支座的中间部分的空隙，用于将所述支座分成第一部分和第二部分；和能被移除的桥接部分，用于连接所述第一部分和所述第二部分；其中，在所述支座已经操作地连接到主体结构后，移除所述能被移除的桥接部分。在第五方面中，提供了一种用于测量主体结构的温度的温度传感器，所述温度传 感器包括支座，该支座操作地连接到所述主体结构；凹入通道，该凹入通道限定在所述支座的表面上，并具有至少一个笔直部分和至 少一个弯曲部分；记录在光纤的芯部中以测量温度的光纤布拉格光栅，即FBG，所述FBG位于所述凹 入通道的笔直部分中，以确保所述FBG保持笔直；其中，所述凹入通道的所述至少一个弯曲部分允许所述光纤进行有限的横向运动。在第六方面中，提供了一种用于温度传感器的支座，所述支座包括凹入通道，该凹入通道限定在所述支座的表面上，并具有至少一个笔直部分和至 少一个弯曲部分；其中，记录在光纤的芯部中以测量温度的光纤布拉格光栅，即FBG定位在所述凹 入通道的笔直部分中，以确保所述FBG保持笔直，并且所述凹入通道的所述至少一个弯曲 部分允许所述光纤进行有限的横向运动。
下面将参照附图对本发明的示例进行描述，在附图中图1是根据本发明的第一实施方式的在安装之前的光纤应变仪的俯视图；图2是在安装之前的图1所示的应变仪的仰视图；图3是在安装之后的图1所示的应变仪的俯视图；图4是根据本发明的第二实施方式的在安装之前的应变仪的俯视图；图5是在安装之前的图4所示的应变仪的仰视图6是在安装之后的图4所示的应变仪的俯视图；以及图7是根据本发明的第三实施方式的温度传感器的俯视图。
具体实施例方式参照图1至图3，提供了用于测量主体结构5的应变的温度补偿光纤应变仪10。主 体结构5可以是但不限于I型梁或者铁路轨道。应变仪10总体上包括支座20、第一光纤 布拉格光栅(FBG) 30、第二光纤布拉格光栅(FBG) 40和可拆卸的桥接部分M。第一光纤布 拉格光栅30和第二光纤布拉格光栅40可以再涂覆有薄层的保护涂层，例如聚酰亚胺。支 座20由金属制成，并且在应变仪10的安装期间可操作地连接至主体结构5。支座20具有 空隙19，该空隙19将支座20的第一部分17与支座20的第二部分18分开。空隙19位于 支座20的中间部分。第一 FBG 30记录在光纤11的芯部中，以测量主体结构5经受的应变 和温度。优选地，光纤11是低弯曲损耗光纤，例如满足ITUG. 657表B的单模石英光纤。第 一 FBG30横过空隙19定位。第一 FBG30的一端可操作地连接到支座20的第一部分17。第 一 FBG 30的另一端可操作地连接到支座20的第二部分18。第一 FBG 30的两个端部被施 加量(大小)大于第一raG 30的预定操作范围的预应变，这使得能够提供右侧故障验证特 征。第二 FBG 40也记录在光纤11的芯部中，以测量温度。第二 FBG40的温度测量是用来消 除温度对第一 FBG 30的应变测量的影响。第二 FBG40的一端可操作地连接到第一 FBG 30。 第二 FBG 40的另一端可操作地连接到支座，使得第二 FBG 40没有应变。桥接部分M与空 隙19相邻定位。桥接部分M将支座20的第一部分17连接到第二部分18上。在安装应 变仪10期间将支座20可操作地连接到主体结构5上之后移除桥接部分24。通过检测反射 波长是否恢复到第一 FBG 30的原始布拉格波长来提供右侧故障验证特征，以指示第一 FBG 30是否断裂。存在两个桥接部分24。桥接部分M邻接空隙19的顶部和底部纵向侧。通过采用 剪切钳从支座20上切除桥接部分M，或者通过采用切模将支座0从支座20中冲出，从而移 除桥接部分M。在每个桥接部分M的中间，提供凹口 23。凹口 23缓解了桥接部分对移 除期间建立的应力。支座20具有上表面和下表面。支座20的下表面通过点焊、钎焊或者例如环氧树 脂或者胶之类的粘接剂连接到主体结构50。支座20具有多个孔22，以将过量的粘合剂从 支座20的下表面引到支座20的上表面。这确保了保持支座20和主体结构5之间的紧密 接触，以最大化将应变从主体结构5传递到第一 FBG 30，以用于测量。支座20的上表面具 有四个凹入的焊盘21，用于将支座20点焊到主体结构5。凹入的焊盘21通过蚀刻或者机 加工支座20而形成。一对可折叠的翼观设置在支座20的缆线端。翼观可被折叠以在安 装期间将光纤11覆盖和固定在支座20的缆线端。支座20的下表面包括凹入通道12。凹 入通道12容纳光纤11和FBG 30、40。这确保了光纤11保持在凹入通道12中，并且不会突 出高于支座20的下表面。凹入通道12具有弯曲部分沈和窄的笔直部分25。弯曲部分沈 允许光纤11响应于机械应变或者热应变而在FBG 30,40的预定操作范围内自由移动。窄 的笔直部分25确保第二 FBG 40保持笔直。第一 FBG 30通过防水弹性胶例如硅树脂胶覆盖，以保护第一 FBG 30不会吸潮。胶 也缓冲了第一 FBG 30，以避免侧向振荡。
参见图4至图6，在另一实施方式中，提供第二应变仪100。第二应变仪100与上 述第一应变仪10不同，因为第一 FBG 30和第二 FBG 40位于支座20的中间部分。第一 FBG 30和第二 FBG 40定向成基本上彼此平行，以减小应变仪10所需的光纤11的长度。这使得 能够提供更短的光纤应变仪100。第二 FBG 40的第二端连接到支座20的悬垂部分，使得 其不受张力。第二 FBG 40保持笔直，但通过支座20的悬垂部分45保持不受张力。在支座 20的下侧上也存在凹入通道12，以容纳和保护第一 FBG 30、第二 FBG 40和光纤11。当第一 FBG 30连接到金属支座上时对第一 FBG 30是施加预应变的原因是当应变 仪10经受负应变或者应力时，其防止第一 FBG 30松垂。对第一 FBG 30施加的预应变的量 必须远大于传感器的正常操作范围。例如，如果FBG的操作范围是士 1000微应变，则第一 FBG 30必须被赋予大于+1000微应变的预应变。第一 FBG 30通过支座20中的弯曲通道 连接到第二 FBG 40。这种连接布置允许第一 FBG 30仅在一端连接，因此简化了安装过程。 将光纤11的两端连接在同一侧上允许第一 FBG 30用于小转弯处或者小的区域。第二 FBG 40仅在一端连接到支座20。第二 FBG 40的另一端没有连接到支座。这种连接布置使得第 二 FBG 40不受任何机械应变，并且仅对温度变化作出响应。第一 FBG 30和第二 FBG 40彼 此紧密相邻，因此认为经受相同的温度。从第二 FBG 40知道温度，可以消除器对由第一TOG 30获得的应变/振动测量的影响。通过比较从第一 FBG 30到第二 FBG 40的测量，应变仪 10用作温度补偿应变仪或者温度补偿振动传感器。应变或者应力的变化改变从第一 FBG 30反射的光的波长的中心。温度的变化改 变从第一 FBG 30和第二 FBG 40反射的光的波长的中心。应变和温度直接影响折射率调制 的周期(Λ)和有效折射率(η)。因此，应变和温度的任何变化直接影响布拉格波长。支座20由成型金属制成，并且在支座20的下侧上蚀刻或者机加工有凹入通道12。 凹入通道12容纳光纤11和第一 FBG 30、第二 FBG 40。这使光纤11能够在支座20的下侧 的表面下方保持在凹入通道12中。特别地，凹入通道12的弯曲部分沈允许光纤11在第二 FBG 40的指定操作范围内自由移动，使得支座0的机械应变和热应变不会传递到第二 FBG 40。凹入通道12的笔直部分25是窄且笔直的，以保持第二 FBG 40笔直。支座20的上侧蚀刻或者机加工有凹入焊盘21。在安装期间，使支座20的具有光 纤11的下侧面向主体结构5。应变仪10通过在凹入焊盘21的位置进行电焊而焊接到主体 结构5。替代地，使用环氧树脂胶将应变仪10粘接到主体结构5上。支座20上的通孔22 将过量的环氧树脂从下侧引导到上侧，以便保持环氧树脂层均勻并且尽可能薄。这使得能 够保持应变仪10和主体结构5之间的紧密接触，并且最大化从主体结构5到应变仪10的 应变传递。在支座20的缆线端，存在两个可折叠的翼28。这两个翼28在支座20的上侧上 折叠在光纤11上。这将光纤11固定到支座20上。在支座20的中间部分，具有两个桥接 部对，这些桥接部防止金属支座20变形。在应变仪10牢固连接到主体结构5上之后，两个 桥接部M被移除，使得第一 FBG 30的中间部分仅被主体结构5支撑，而不被支座20支撑。 桥接部M的移除可以通过切除桥接部M来进行。通过应变仪10提供右侧故障验证特征。这对于安全至上的应用例如铁路是非常 重要的。如果应变仪10从主体结构5意外分离，例如，第一 FBG 30断裂或者观察到非同寻 常大的应变变化，则大的应变变化使得发射波长回到第一 FBG 30的未施加预应变或者不允许的波长。该不允许的波长是第一 FBG 30在连接到支座20之前的原始的布拉格波长。 第一 FBG 30的布拉格波长在第一 FBG 30连接到支座上之后变成更长的波长，并且在操作 期间不会回到其原始值。第一 FBG 30的布拉格波长仅仅在第一 FBG 30未受任何张力的情 况下会回到其原始波长。这种情况的检测可以得出，第一 FBG 30断裂，或者光纤应变仪完 全或者部分从主体结构5分离。这种情况的检测是可以实现的，因为第一 FBG 30被赋予预 应变，其量大于第一 FBG 30的操作测量范围。在安装之后当桥接部M被移除或切除时，当 金属支座20的一侧或者两侧从主体结构5分离时，第一 FBG 30将断裂或者失去张力。分 离或者损坏的应变仪10是可以检测到的。在移除桥接部M之后，第一 FBG 30和回复光纤11被防水弹性胶覆盖。例如，可 以采用硅树脂胶。胶保护第一 FBG 30和第二 FBG 40免受水分并且缓冲张紧的FBG30、40 以避免任何侧向振荡。应变仪10可以用来测量结构的应变和应力或者振动。当安装应变仪10的环境不 适于传统的电应变仪时该应变仪10是特别有用的。这些环境包括光电磁辐射�。缏泶� 和电力传送线/塔、具有点燃危险的可燃气体/液体，或者存在腐蚀性物质。更重要的是， 应变仪10提供右侧故障验证特征以允许该应变仪用于必须有故障保护的应用中。换句话 说，无功能的应变仪10必须前瞻性地将自身识别为不起作用。例如，这些应用包括需要符 合安全等级为四级标准的铁路应用。与传统电应变仪相比，应变仪10、100具有如下四个优点抗EMI干扰、长感测距 离、简单的传感器构造、和没有引燃风险。仅仅光学信号在光纤应变仪内传送，而光学信号 不受电磁干扰(EMI)影响。通过使用低损耗通信级单模式石英光纤来连接和制作光纤应变 仪，从而实现长感测距离。沿着单个光纤可以串联几十个甚至几百个光纤应变仪。相反，每 个电应变仪必须与至少一对电缆联用。因此，光纤应变仪的网络拓扑和安装优于电应变仪。 光纤应变仪仅仅承载光学信号，该信号没有引弧和导致起火的风险。当安装场所有爆炸或 者起火危险，例如化工厂和油井时，该特征尤其重要。应变仪10提供在其他现有光纤应变仪中没有发现的几个重要特征。通过在应变 仪组件内使用低弯曲损耗光纤，光线的导入和输出都可以从光纤组件的一侧进行。该特征 使得应变仪10能够用于空间有限的位置(例如，小的角落或者死角)，在这些位置安装回流 线缆是困难的或者不可能的。通过组装与感测应变的第一 FBG 30位于相同组件内的测量温度的第二 FBG 40， 整个应变仪10可用作温度补偿光纤应变仪。应变仪10的右侧故障特征使得其能够用于安全至关重要的应用。如果没有右侧 故障验证特征，未被注意的传感器失效可能导致严重的问题甚至危及生命。在环境因素例如风和振动很明显的一些应用中，结合低弯曲损耗的G657表B的光 纤实现了光学功率水平和应变信号稳定。火车和铁轨、汽车、飞机和桥梁属于这些应用。低弯曲损耗连接的光纤/电缆更不易于受不希望的振动的影响。可用于第一 FBG 30和第二 FBG 40的低弯曲损耗光纤/电缆可用于将一系列光纤应变仪10低连接损耗地 连接在一起。低弯曲损耗光纤更不易于受外部扰动例如振动的影响。该特征在其中应变仪 10安装在移动物体中的一些应用中是关键的，例如火车，其中过度的振动或者温度变化可 能引起连接光纤/电缆发生一些小弯曲，导致偶然的大的光学损耗，使得光信号太小而不能被系统读取。使用弹性胶来缓解第一 FBG 30的侧向振动也是重要的特征，因为该振动会引入 不希望的波长变化，该变化会损害应变仪10的应变或者纵向振动测量。消除了支座20对第一 FBG 30和第二 FBG 40的影响。应变仪10的设计消除了应 变测量期间支座20对第一 FBG 30和第二 FBG 40的影响。应变仪10的两个桥接部M的 切除防止了支座20上的温度效应传递到第一 FBG30和第二 FBG 40。同时，该设计也消除了 环氧树脂/胶(如果使用)在温度测量时的影响。支座20的热膨胀没有传递到第二 FBG 40，因此显著更少的光谱需要分配给第二 FBG 40用于在给定的温度范围进行温度测量。例如，FBG的温度系数通常是大约10pm/°C， 传统包装的FBG的温度系数为大约30-40pm/°C。因此，采用应变仪10，FBG询问器可处理 沿着单个光纤的多3-4倍的FBG温度传感器。与传统的FBG安装方法相反，应变仪10不需要第一 FBG 30和第二 FBG40的整个 长度用环氧树脂胶合或者胶接到主体结构5上。这消除了安装期间的FBG 30、40的光谱扩 展。这可能由多个因素导致，包括结构5的表面不均勻性以及引入测量误差。这也简化了 安装过程，因为应变仪10不需要高度抛光的表面来安装。参照图7，提供了用于测量主体结构的温度的温度传感器200。类似于之前的实 施方式，温度传感器200包括可操作地连接到主体结构上的支座20和限定在支座20的 表面上的凹入通道12。凹入通道12具有至少一个笔直部分25，用于放置光纤布拉格光栅 (FBG) 40，用于测量温度。笔直部分25确保了 FBG 40保持笔直。凹入通道12还具有若干 弯曲部分26，弯曲部分沈允许光纤11进行有限的横向运动。弯曲部分沈的宽度大于笔直 部分，使得当使用温度传感器200时具有更大的空间来容纳光纤11的运动。本领域技术人员应当理解，可以对具体实施方式
部分所示的本发明进行各种变化 和/或改进，而不背离广泛描述的本发明的精神或者范围。因此，这些实施方式只是示例性 的，不是限制性的。
权利要求
1.一种用于测量主体结构的应变的温度补偿光纤应变仪，所述应变仪包括支座，该支座操作地连接到所述主体结构，所述支座具有使得所述支座的第一部分与 所述支座的第二部分分隔开的空隙；第一光纤布拉格光栅，即第一 FBG，该第一光纤布拉格光栅记录在光纤的芯部内，用于 测量应变和温度，所述第一 FBG横过所述空隙定位，所述第一 FBG的第一端部操作地连接到 所述支座的第一部分，所述第一 FBG的第二端部操作地连接到所述支座的第二部分，所述 第一 FBG的这两个端部被预加载应变的量大于所述第一 FBG的预定操作范围；第二光纤布拉格光栅，即第二 FBG，该第二光纤布拉格光栅记录在所述光纤的芯部内， 用于测量温度，所述第二 FBG的温度测量用来消除温度对所述第一 FBG的应变测量的影响， 所述第二 FBG的第一端部操作地连接到所述第一 FBG，所述第二 FBG的第二端部操作地连接 到所述支座，使得所述第二 FBG没有应变；以及能被移除的桥接部分，该桥接部分与所述空隙相邻，以将所述支座的第一部分连接到 所述支座的第二部分，所述桥接部分在所述支座操作地连接到所述主体结构之后移除，其中，通过检测反射波长是否恢复到所述第一 FBG的原始布拉格波长来提供右侧故障 验证特征，从而指示所述第一 FBG是否断裂。
2.根据权利要求1所述的应变仪，其中，第一桥接部分邻近所述空隙的顶部纵向侧定 位，第二桥接部分邻近所述空隙的底部纵向侧定位。
3.根据权利要求1所述的应变仪，其中，通过采用剪切钳从所述支座切割或者通过采 用切模冲压，来移除所述桥接部分。
4.根据权利要求1所述的应变仪，其中，所述支座由金属制成。
5.根据权利要求4所述的应变仪，其中，所述金属支座具有上表面和下表面，所述金属 支座的下表面通过点焊或者粘接剂例如环氧树脂或者胶连接到所述主体结构。
6.根据权利要求5所述的应变仪，其中，所述金属支座具有多个孔，以将过量的粘接剂 从所述金属支座的下表面引导到所述金属支座的上表面，使得保持所述金属支座和所述主 体结构之间的紧密接触，以最大化地将应变从所述主体结构传递到所述第一 FBG。
7.根据权利要求4所述的应变仪，其中，所述金属支座的上表面具有凹入焊盘，用于将 所述金属支座点焊到所述主体结构。
8.根据权利要求7所述的应变仪，其中，所述金属支座具有通过蚀刻或者机加工所述 金属支座形成的四个凹入焊盘。
9.根据权利要求1所述的应变仪，其中，所述光纤是低弯曲损耗光纤，例如满足ITU G. 657表B的单模式石英光纤。
10.根据权利要求1所述的应变仪，其中，所述第一FBG由防水弹性胶例如硅树脂胶覆 盖，以保护所述第一 FBG不受湿气影响，并且缓冲所述第一 FBG以避免侧向震荡。.10.根据权利要求1所述的应变仪，其中，所述空隙位于所述支座的中间部分。
11.根据权利要求1所述的应变仪，还包括定位在每个桥接部分的中间部分的凹口，用 于缓解当能被移除的桥接部分被移除时产生的应力。
12.根据权利要求1所述的应变仪，还包括位于所述支座的端部处的一对可折叠的翼， 所述翼被折叠以将光纤覆盖和固定在所述支座的所述端部。
13.根据权利要求1所述的应变仪，其中，所述支座的下表面包括凹入通道，用于容纳所述光纤和FBG，使得所述光纤不会突出来而超出所述支座的下表面。
14.根据权利要求12所述的应变仪，其中，所述凹入通道具有弯曲部分和窄的笔直部 分，所述弯曲部分允许光纤响应于机械应变或者热应变而在所述FBG的预定操作范围内自 由运动，所述窄的笔直部分确保所述第二 FBG保持笔直。
15.根据权利要求1所述的应变仪，其中，所述第一FBG和所述第二 FBG定位在所述支 座的中间部分，并且定向成基本上相互平行，以减小用于应变仪的光纤的长度。
16.根据权利要求1所述的应变仪，其中，所述第二FBG的第二端部连接到所述支座的 悬垂部分，从而使该第二端部没有张力。
17.一种用于测量主体结构的应变的系统，所述系统包括支座，该支座操作地连接到所述主体结构，所述支座具有使得所述支座的第一部分与 所述支座的第二部分分隔开的空隙；第一光纤布拉格光栅，即第一 FBG，该第一光纤布拉格光栅记录在光纤的芯部内，用于 测量应变和温度，所述第一 FBG横过所述空隙定位，所述第一 FBG的第一端部操作地连接到 所述支座的第一部分，所述第一 FBG的第二端部操作地连接到所述支座的第二部分，所述 第一 FBG的这两个端部被预加载应变的量大于所述第一 FBG的预定操作范围；第二光纤布拉格光栅，即第二 FBG，该第二光纤布拉格光栅记录在所述光纤的芯部内， 用于测量温度，所述第二 FBG的温度测量用来消除温度对所述第一 FBG的应变测量的影响， 所述第二 FBG的第一端部操作地连接到所述第一 FBG，所述第二 FBG的第二端部操作地连接 到所述支座，使得所述第二 FBG没有应变；以及能被移除的桥接部分，该桥接部分与所述空隙相邻，以将所述支座的第一部分连接到 所述支座的第二部分，所述桥接部分在所述支座操作地连接到所述主体结构之后移除，其中，通过检测反射波长是否恢复到所述第一 FBG的原始布拉格波长来提供右侧故障 验证特征，从而指示所述第一 FBG是否断裂。
18. 一种用于提供用于温度补偿光纤应变仪的右侧故障验证特征的方法，所述方法包括将支座操作地连接到主体结构，所述支座具有将所述支座的第一部分与所述支座的第 二部分分离开的空隙；对连接到所述第一部分和第二部分的第一光纤布拉格光栅，即第一 FBG的端部施加预 应变，其量为大于所述第一 FBG的预定操作范围；将第二光纤布拉格光栅，即第二 FBG操作地连接到所述第一 FBG和所述支座；以及 在所述支座操作地连接到所述主体结构之后将连接所述第一部分和第二部分的桥接 部分移除；其中，通过检测反射波长是否恢复到所述第一 FBG的原始布拉格波长来提供右侧故障 验证特征，从而指示所述第一 FBG是否断裂。
19. 一种用于温度补偿光纤应变仪的支座，所述支座包括位于支座的中间部分的空隙，用于将所述支座分成第一部分和第二部分；和能被移除的桥接部分，用于连接所述第一部分和所述第二部分；其中，在所述支座已经操作地连接到主体结构后，移除所述能被移除的桥接部分。
20. 一种用于测量主体结构的温度的温度传感器，所述温度传感器包括支座，该支座操作地连接到所述主体结构；凹入通道，该凹入通道限定在所述支座的表面上，并具有至少一个笔直部分和至少一 个弯曲部分；记录在光纤的芯部中以测量温度的光纤布拉格光栅，即FBG，所述FBG位于所述凹入通 道的笔直部分中，以确保所述FBG保持笔直；其中，所述凹入通道的所述至少一个弯曲部分允许所述光纤进行有限的横向运动。
21. 一种用于温度传感器的支座，所述支座包括凹入通道，该凹入通道限定在所述支座的表面上，并具有至少一个笔直部分和至少一 个弯曲部分；其中，记录在光纤的芯部中以测量温度的光纤布拉格光栅，即FBG定位在所述凹入通 道的笔直部分中，以确保所述FBG保持笔直，并且所述凹入通道的所述至少一个弯曲部分 允许所述光纤进行有限的横向运动。
全文摘要
一种用于测量主体结构的应变的温度补偿光纤应变仪(10)，所述应变仪(10)包括支座(20)，其操作地连接到所述主体结构，所述支座(20)具有使得支座(20)的第一部分(17)与支座(20)的第二部分(18)分隔开的空隙(19)；第一光纤布拉格光栅(FBG)(30)，其记录在光纤(11)的芯部内，用于测量应变和温度，所述第一FBG(30)横过所述空隙(19)定位，所述第一FBG(30)的第一端部操作地连接到所述支座(20)的第一部分(17)，所述第一FBG(30)的第二端部操作地连接到所述支座(20)的第二部分(18)，所述第一FBG(30)的这两个端部被预加载应变的量大于所述第一FBG(30)的预定操作范围；第二光纤布拉格光栅(FBG)(40)，其记录在光纤(11)的芯部内，用于测量温度，所述第二FBG(40)的温度测量用来消除温度对第一FBG(30)的应变测量的影响，所述第二FBG(40)的第一端部操作地连接到所述第一FBG(30)，所述第二FBG(40)的第二端部操作地连接到所述支座(20)，使得所述第二FBG(40)没有应变；以及能被移除的桥接部分(24)，其与所述空隙(19)相邻，以将所述支座(20)的第一部分(17)连接到所述支座(20)的第二部分(18)，所述桥接部分(24)可在所述支座(20)操作地连接到所述主体结构之后移除，其中，通过检测反射波长是否恢复到第一FBG(40)的原始布拉格波长来提供右侧故障验证特征，从而指示第一FBG(40)是否断裂。
文档编号G01B11/16GK102089618SQ200980127482
公开日2011年6月8日 申请日期2009年7月22日 优先权日2008年7月22日
发明者何兆鎏, 廖信仪, 李家润, 李镜权, 谭华耀, 谭耀明, 陈庆强, 韩振昌 申请人:香港理工大学, 香港铁路有限公司
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