专利名称：光纤光栅毛细管式封装应变计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种智能监测传感元件。具体地说是一种用于混凝土应变监测的封装光纤光栅传感元件。
背景技术：
1978年，加拿大的Hill发明掺锗光纤中光致折射率变化的现象使芯内光栅得以问世。1989年，美国的Meltz发明掺锗光纤光栅紫外侧写入技术，人们利用这一技术可以方便地制作各种常数的光纤光栅，使得成本大大降低，为其广泛应用奠定了基础。由于光纤光栅具有波长选择性、与光纤系统兼容、插入损耗低、结构简单、体积小、成本低廉等优点，光纤光栅在通讯与传感领域均有着广泛的应用前景。光纤光栅用于传感的主要优点体现在能避免电磁场的干扰，电绝缘性好；不受潮湿环境影响；耐久性好，具有抵抗包括高温(小于600℃)在内的各种恶劣环境及化学侵蚀的能力，具有承受振动和冲击的能力；质量轻、体积小、对结构影响小、易于布置；既可以实现点测量，也可以实现分布式测量；绝对测量；节省线路，只用一根线就可以传送结构状态信号；信号、数据可多路传输，便于与计算机连接，单位长度上信号衰减�。涣槊舳雀撸雀撸黄荡恚旁氡雀叩�。但是，由于裸光纤光栅特别纤细，外径约为125微米左右，其主要成分是SiO2，因此特别脆弱，由其它的抗剪能力很差，直接将其作为传感元件在工程实际中遇到了布设工艺难题，根本不能适应混凝土结构粗放式生产方式与恶劣的服役环境，严重地制约了光纤光栅在土木工程中的应用。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种结构简单、测量混凝土应变精度高、适应混凝土结构粗放式施工、耐久性好的光纤光栅毛细管式封装应变计。本实用新型的目的是这样实现的它包括金属毛细管，在金属毛细管中布置有光纤光栅，布有光纤光栅的金属毛细管中吸有将光纤光栅与金属毛细管构成一体的胶粘剂。本实用新型还可以包括这样一些结构特征1、在金属毛细管的两端各设置一个镗孔金属环；2、在尾端有一段露出的光纤；3、在首端设置与跳线连接的光纤。本实用新型针对混凝土结构粗放式施工的特点，研究开发了光纤光栅的金属毛细管式封装方法，根据混凝土结构应变的特征，设计了适于混凝土及钢筋混凝土内部应变测试需要的光纤光栅毛细管式封装应变计。它采用真空管吸技术，将如环氧树脂、丙烯酸脂等胶粘剂吸入已经布置好光纤光栅的金属毛细管内。考虑混凝土结构的变形特点，即混凝土应变通常取其10cm的平均应变，将毛吸管的两端套上金属环，增加毛吸管与混凝土的协同变形能力。其封装技术充分利用真空管吸的受力均匀特性将光纤光栅封装在金属毛细管的正中间，胶凝固后，光纤光栅、胶粘剂、金属毛细管等构成一体。由于混凝土与金属结构的粘接力较高，保证了光纤光栅的变形与混凝土一致，从而光纤光栅感应的应变很好的反映了混凝土的变形。考虑土木工程结构长期健康监测时温度的影响与准分布测量的需要，在尾端设置一段露出的光纤，以便焊接温度补偿光纤光栅与串联光纤光栅传感元件。补偿光纤光栅置于另一毛细金属管中，保证其不受外力的影响。因此，只需将本实用新型的装置进行应变传感标定后就可以用来测量混凝土的变形。不考虑光纤光栅的应变与温度耦合作用，本实用新型的传感特性为Δλ/λ＝Kεε+KTΔT式中，Kε为光纤光栅应变传感灵敏度系数；KT为光纤光栅温度传感灵敏度系数，它们可以通过标定试验得到。本实用新型的优点在于1、适于产业化生产。结构简单，成本低廉。可以方便制作同一规格的毛细管封装光纤光栅应变传感器。只需部分标定，就可以得到同批应变计的传感系数。2、应变监测精度高，可以达到1-2微应变的精度。3、可以多个串连，易于实现准分布式测量与温度补偿。4、抗电磁干扰、抗潮湿、耐腐蚀等。5、适应恶劣的土木工程施工与服役环境，满足结构耐久性监测的需要。
附图是本实用新型的实施方案的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图举例对本实用新型做更详细的描述其结构组成包括金属毛细管2，在金属毛细管中布置有光纤光栅3，布有光纤光栅的金属毛细管中吸有将光纤光栅与金属毛细管构成一体的胶粘剂。在金属毛细管的两端各设置一个镗孔金属环1。在尾端有一段露出的光纤5。在首端设置与跳线连接的光纤4。本实用新型的产品可以采用这样的方法来制作将两个镗孔金属环铆固在金属毛细管上，金属毛细管可以选用不锈钢、钛合金等材料制作，为了保证它们的协同变形能力，金属毛细管伸出镗孔金属环的部分翻边。将刻有光栅的裸光纤伸入金属毛细管内，并将其竖直固定于钢架上，保证光纤光栅垂直悬于金属毛细管正中，保证光纤有一定长度伸出金属毛细管外。在金属毛细管的下部将吸管固定好，保证完全密封。然后在上面的镗孔中注入胶粘剂，胶粘剂可以是环氧树脂或丙烯酸脂(如J133或J39)，缓慢拉动吸管，在真空压力下胶粘剂充满金属毛细管。这样借助真空压力下胶粘剂的流动将光纤光栅封装于金属毛细管内。待胶粘剂固化后光纤光栅与整个金属毛细管构成一体，充分保证了光纤光栅与整个金属毛细管的变形协调性。尾端露出的光纤可以直接连接光纤跳线或其他光纤传感器。
权利要求1.一种光纤光栅毛细管式封装应变计，其特征是它包括金属毛细管，在金属毛细管中布置有光纤光栅，布有光纤光栅的金属毛细管中吸有将光纤光栅与金属毛细管构成一体的胶粘剂。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅毛细管式封装应变计，其特征是在金属毛细管的两端各设置一个镗孔金属环。
3.根据权利要求1、2所述的光纤光栅毛细管式封装应变计，其特征是在尾端有一段露出的光纤。
4.根据权利要求1、2所述的光纤光栅毛细管式封装应变计，其特征是在首端设置与跳线连接的光纤。
5.根据权利要求3所述的光纤光栅毛细管式封装应变计，其特征是在首端设置与跳线连接的光纤。
专利摘要本实用新型提供的是一种光纤光栅毛细管式封装应变计。它包括金属毛细管，在金属毛细管中布置有光纤光栅，布有光纤光栅的金属毛细管中吸有将光纤光栅与金属毛细管构成一体的胶粘剂。具有结构简单，成本低廉；可以方便制作同一规格的毛细管封装光纤光栅应变传感器；应变监测精度高；可以多个串连，易于实现准分布式测量与温度补偿；抗电磁干扰、抗潮湿、耐腐蚀等优点。
文档编号G01B11/16GK2549430SQ0227356
公开日2003年5月7日 申请日期2002年5月30日 优先权日2002年5月30日
发明者欧进萍, 周智 申请人:欧进萍, 周智
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