本發(fā)明屬于光纖光柵傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種檢測(cè)構(gòu)件表面二維應(yīng)變的光纖光柵應(yīng)變片，其結(jié)構(gòu)由金屬?gòu)椥员∑缀筒祭窆饫w光柵組成，以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件表面的二維應(yīng)變檢測(cè)。

背景技術(shù)：

電阻應(yīng)變片是用于應(yīng)變檢測(cè)的電子元件。它能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換為電阻變化，是工程結(jié)構(gòu)或部件試驗(yàn)中應(yīng)變檢測(cè)的傳統(tǒng)電子敏感元件。電阻應(yīng)變片有多種形式，常用的有絲式和箔式。目前，應(yīng)用最為廣泛的是以各種應(yīng)變電阻合金箔為敏感柵的金屬箔式應(yīng)變片，它有制作方便、價(jià)格便宜、使用簡(jiǎn)便、檢測(cè)可靠的優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)或部件的應(yīng)變檢測(cè)。但是，這種以金屬箔式電阻應(yīng)變片為代表的電式傳感器在應(yīng)變檢測(cè)領(lǐng)域有明顯不足之處，例如，在進(jìn)行易燃易爆場(chǎng)合的應(yīng)變檢測(cè)時(shí)，電類傳感器中產(chǎn)生的電火花容易引起燃爆，因而無(wú)法使用。

光纖光柵是最近幾年發(fā)展最為迅速的光纖無(wú)源器件之一，自從1978k.o.hill年等人首先在摻鍺光纖中采用駐波寫(xiě)入法制成世界上第一只光纖光柵以來(lái)，由于它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因而在光纖傳感檢測(cè)領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。以光纖光柵為敏感單元的檢測(cè)器件相比傳統(tǒng)電類檢測(cè)器件有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如抗電磁干擾、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等。事實(shí)上光纖光柵己成為目前最有前途、最具有代表性的光纖傳感檢測(cè)器件之一，它極大地拓寬了傳感技術(shù)的應(yīng)用范圍，檢測(cè)精度高，可以用于易燃易爆場(chǎng)合的檢測(cè)。

光纖光柵應(yīng)變片由布拉格光纖光柵和金屬?gòu)椥员∑捉M成，這種光纖光 柵應(yīng)變片相比金屬箔式應(yīng)變片在易燃易爆場(chǎng)合有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但是，這種光柵應(yīng)變片只可在主應(yīng)變方向己知的情況下進(jìn)行一維軸向應(yīng)變檢測(cè)，也可對(duì)二維平面上的主應(yīng)變方向和大小進(jìn)行檢測(cè)。本發(fā)明采用由星形金屬?gòu)椥员∑捉Y(jié)構(gòu)和布拉格光纖光柵組成的光纖光柵應(yīng)變片，來(lái)滿足二維應(yīng)變檢測(cè)的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決電阻應(yīng)變片在易燃易爆場(chǎng)合的局限性的問(wèn)題，提供一種星形光纖光柵應(yīng)變片的設(shè)計(jì)方案，能對(duì)待測(cè)構(gòu)件表面進(jìn)行二維應(yīng)變檢測(cè)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

用于待測(cè)構(gòu)件表面二維應(yīng)變檢測(cè)的星形光纖光柵應(yīng)變片，以星形金屬?gòu)椥员∑鳛榛?，和二維布局的布拉格光纖光柵組成，如圖1所示。

所述的金屬?gòu)椥员∑妆M量選用與待測(cè)構(gòu)件表面機(jī)械性能相匹配的材料，以減少應(yīng)變片的檢測(cè)誤差。該金屬?gòu)椥员∑譭的厚度為1.5mm至2mm，形狀為星形，該金屬?gòu)椥员∑子腥齻€(gè)測(cè)軸，三個(gè)測(cè)軸的長(zhǎng)度均為25mm，角度兩兩互為120度，三個(gè)測(cè)軸的寬度均為4mm，每個(gè)測(cè)軸中間刻一道1mm寬、0.5mm深的光纖光柵安裝槽，安裝槽長(zhǎng)度為18mm。a點(diǎn)為該金屬?gòu)椥员∑椎膸缀沃行模cb、c、d三點(diǎn)一起用來(lái)作為焊點(diǎn)固定安裝光纖光柵應(yīng)變片。

所述的布拉格光柵1(fbg1)、布拉格光柵2(fbg2)和布拉格光柵3(fbg3)需使用膠粘技術(shù)固定在星形金屬?gòu)椥员∑咨?，fgb1的膠粘點(diǎn)為a點(diǎn)和b點(diǎn)，fgb2的膠粘點(diǎn)為c點(diǎn)和d點(diǎn)，fgb3的膠粘點(diǎn)為e點(diǎn)和f點(diǎn)。

所述的fbg1、fbg2和fbg3在進(jìn)行固定時(shí)，須有適當(dāng)?shù)睦?，以保證fbg能檢測(cè)構(gòu)件的雙向應(yīng)變。

所述的fbg1、fbg2和fbg3須選用不同特征波長(zhǎng)的fbg，在制作光纖光柵應(yīng)變片時(shí)這三個(gè)fbg應(yīng)采用串聯(lián)方式。

所述的星形光纖光柵應(yīng)變片在對(duì)待測(cè)構(gòu)件表面進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量前應(yīng)通過(guò)螺柱焊技術(shù)將星形光纖光柵應(yīng)變片固定在待測(cè)構(gòu)件表面。

本發(fā)明是一種能對(duì)構(gòu)件表面二維應(yīng)變進(jìn)行檢測(cè)的應(yīng)變檢測(cè)器件。本發(fā)明應(yīng)變片具有靈敏度高、本質(zhì)安全、重量輕、體積小、便于成網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述的星形光纖光柵應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合圖1，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明是一種能對(duì)構(gòu)件表面二維應(yīng)變進(jìn)行檢測(cè)的星形光纖光柵應(yīng)變片，具體實(shí)施步驟如下：

步驟一：制作光纖光柵應(yīng)變片

將處理好的星形金屬薄片基底平放在加工平臺(tái)上，再把準(zhǔn)備好的布拉格光柵如圖用膠粘工藝進(jìn)行固定，固定時(shí)布拉格光柵1、布拉格光柵2和布拉格光柵3應(yīng)有適當(dāng)?shù)睦?，以保證應(yīng)變片能感受構(gòu)件的雙向應(yīng)變。

步驟二：固定光纖光柵應(yīng)變片

采用螺柱焊技術(shù)焊接a、b、c、d四個(gè)點(diǎn)將光纖光柵應(yīng)變片固定在構(gòu)件表面。

步驟三：通過(guò)監(jiān)測(cè)光纖光柵特征值的變化可以得出三個(gè)測(cè)軸方向的應(yīng)變，再通過(guò)應(yīng)力圓的分析和計(jì)算可以算出待測(cè)構(gòu)件表面主應(yīng)變及其方向，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量待測(cè)構(gòu)件表面應(yīng)變的目的。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明是一種能進(jìn)行構(gòu)件表面二維應(yīng)變檢測(cè)的光纖光柵應(yīng)變片，屬于光纖光柵傳感技術(shù)領(lǐng)域，用于解決電阻應(yīng)變片在易燃易爆場(chǎng)合的局限性的問(wèn)題。它是由星形金屬?gòu)椥员∑缀腿齻€(gè)布拉格光柵組成的，這三個(gè)特征波長(zhǎng)不相同的布拉格光柵彼此串聯(lián)采用膠粘工藝固定在星形金屬薄片基底的三個(gè)測(cè)軸上。應(yīng)用時(shí)需將光纖光柵應(yīng)變片通過(guò)螺柱焊技術(shù)使之固定在待測(cè)構(gòu)件表面。通過(guò)監(jiān)測(cè)光纖光柵特征值的變化可以得出三個(gè)測(cè)軸方向的應(yīng)變，再通過(guò)應(yīng)力圓的分析和計(jì)算可以算出待測(cè)構(gòu)件表面主應(yīng)變及其方向，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量待測(cè)構(gòu)件表面應(yīng)變的目的。本發(fā)明具有靈敏度高、本質(zhì)安全、重量輕、體積小的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉月明;顧天文;嚴(yán)紅梅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)計(jì)量學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：2016.03.22
技術(shù)公布日：2017.09.29