專利名稱：光纖法珀應變測量儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種光纖法珀應變測量儀。
背景技術：
大型橋梁、大壩、公路、隧道、高層建筑等的建造過程及建造完后的使用過程中均需應變監(jiān)測以保證建造與運行質(zhì)量。在歐美發(fā)達國家，已研制出長期穩(wěn)定性極好的波長、位相類光纖應變傳感器和能滿足大型結構測點眾多要求的還多傳感器串連復用系統(tǒng)樣機。如加拿大卡爾加里市的Alberta大橋、韓國的Sungsan大橋安裝了光纖光柵應變傳感器、瑞士的Schiffenen大壩安裝了光纖邁克爾遜應變傳感器、Turner Fairbanks高速公路安裝了光纖FP應變傳感器。但這類傳感器各自都存在一些不足對于光纖光柵，由于是用紫外強激光照射摻雜光纖而在光纖內(nèi)部形成的立體位相光柵，故它的制作設備復雜、價格昂貴，而且光纖光柵在作為應變傳感器時，受外界的溫度影響較嚴重。對于光纖邁克爾遜應變傳感器，它只能感受一段距離內(nèi)的平均應變，無法測量確定位置的應變，并且還存在安裝、操作十分復雜，價格昂貴等缺點。而對于安裝在Turner Fairbanks高速公路上光纖FP應變傳感器，它只是一個原理驗證性的實驗系統(tǒng)，而且其采用串聯(lián)式結構布局，使整個系統(tǒng)臃腫，不利于在實際工程中應用。上述所有的傳感器還有一個共同的問題在其傳感頭的結構上，它們普遍是在裸光纖傳感器外加裝帶有法蘭盤的條形金屬保護座。在實際使用中，這種傳感頭存在下列問題。1)、不符合混凝土應變測量的剛度匹配原則由于金屬保護座的剛度遠大于混凝土的剛度，這樣的傳感頭埋入混凝土結構后將成為混凝土內(nèi)直接承受結構內(nèi)力的骨架，影響混凝土內(nèi)部應力分布，因此其測量結果將難以反映混凝土結構內(nèi)部真實受力產(chǎn)生的應變。2)、會產(chǎn)生附加橫向應變。光纖應變傳感器只是用于測量沿其軸向的應變，因此在混凝土結構施工過程中將其埋入混凝土結構時，必須按指定方向、用鋼絲或其他輔助方式捆扎固定在結構內(nèi)指定位置處，以免在混凝土澆注、振搗施工過程中傳感頭被擠壓移位，偏離預設的關鍵部位。但捆扎之后，一般都會在捆扎處產(chǎn)生應力集中、從而使傳感頭產(chǎn)生橫向彎曲應變；另外金屬保護座的周邊直接與混凝土接觸，使混凝土不僅對傳感頭產(chǎn)生軸向應力，還可能產(chǎn)生橫向擠壓力，這些橫向擠壓力與捆扎產(chǎn)生的彎曲共同作用，將對傳感器的軸向應變測量結果產(chǎn)生極大的負面影響。
本實用新型針對現(xiàn)有技術中存在的上述不足，目的之一在于提供一種便于攜帶，制作容易且成本較低的光纖法珀應變測量儀；目的之二在于該光纖法珀應變測量儀既能消除混凝土結構對傳感頭產(chǎn)生的橫向擠壓與彎曲力，使之完全符合傳感器只承受純徑向應變的要求，符合混凝土應變測量的剛度匹配原則。

發(fā)明內(nèi)容
光纖法珀應變測量儀，包括光纖法珀應變傳感頭，其特征在于所述光纖法珀應變傳感頭的光纖與耦合器相連，耦合器一路連接至寬帶光源，另一路通過光譜儀輸出至計算機；耦合器、寬帶光源和光譜儀置于一外殼內(nèi)。
所述的光纖法珀應變傳感頭包括原有的混凝土結構埋入式光纖應變傳感頭結構，即包括有固定在兩端帶法蘭盤的硬質(zhì)保護座內(nèi)的裸光纖應變傳感器及其引出光纖。在原有光纖應變傳感頭的金屬保護座之外再套有隔離套管，并在隔離套管與兩法蘭盤之間或隔離套管中部接有彈性密封連接段。
本測量儀的優(yōu)點1、本應變測量儀將寬帶光源、耦合器和光譜儀集成為一個一體化儀器，便于攜帶。與光纖光柵應變儀相比，本實用新型制造設備要求條件低，長期穩(wěn)定性好，不受環(huán)境溫度的影響。
2、由于采用了結構更合理的傳感頭，帶來以下效果；1)、由于采用了隔離套管，因而能隔絕混凝土中的各種橫向作用力對傳感頭的影響。
2)、由于在隔離套管上設置了彈性密封連接段，因而隔離套管不影響傳感頭的受力狀況。
3)、由于隔離套管的尺寸遠大于金屬保護座的斷面尺寸，因而能保證混凝土結構應變測量對傳感器的剛度匹配要求。


圖1為本應變測量儀的原理結構圖。
圖2為光纖法珀應變傳感頭結構示意圖。
具體實施方式
參見圖1，光纖法珀應變測量儀由光纖法珀應變傳感頭、集成于一外殼內(nèi)的單模光纖耦合器、寬帶光源、透鏡、光柵和CCD以及外接的計算機構成。光纖法珀應變傳感頭的尾纖連接單模光纖耦合器，在該耦合器處分成兩路，一路連接至寬帶光源，另一路依次連接依次串聯(lián)的透鏡、光柵和CCD，最后輸出至計算機。透鏡、光柵和CCD可以換為光譜儀，而CCD也可用光電二極管陣列替換。本例中耦合器選用11X型單模光纖耦合器。寬帶光源選用電子部44所制OS3-B型，波長850nm，帶寬30nm。透鏡包括準直透鏡和成象透鏡，準直透鏡直徑4mm，為1/4節(jié)距自聚焦透鏡，成象透鏡有效孔徑4mm，焦距100mm。光柵1200線/mm，閃耀波長850nm。
參見圖2，光纖法珀應變傳感頭由裸光纖傳感器1、金屬保護座2及其法蘭盤3、隔離套管5和彈性密封連接段6構成。裸光纖傳感器1置于金屬保護座2內(nèi)并引出連接尾纖4，在保護座2之外套有一個內(nèi)徑遠大于其斷面尺寸的隔離套管5，隔離套管5通過兩段彈性密封連接件(可以用波紋管)6連接于兩法蘭盤3之間。
權利要求1.光纖法珀應變測量儀，包括光纖法珀應變傳感頭，其特征在于所述光纖法珀應變傳感器的尾纖與耦合器相連，耦合器一路連接至寬帶光源，另一路通過光譜儀輸出至計算機；耦合器、寬帶光源和光譜儀置于一外殼內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求1所述的光纖法珀應變測量儀，其特征在于所述的光纖法珀應變傳感頭包括固定在兩端帶法蘭盤的硬質(zhì)保護座內(nèi)的裸光纖應變傳感器及其引出光纖，硬質(zhì)保護座之外、兩法蘭盤之間再套有隔離套管。
3.根據(jù)權利要求2所述的光纖法珀應變測量儀，其特征在于在隔離套管的中部接有彈性密封連接段。
4.根據(jù)權利要求2所述的光纖法珀應變測量儀，其特征在于在隔離套管兩端接有彈性密封連接段。
5.根據(jù)權利要求2、3或4所述的光纖法珀應變測量儀，其特征在于隔離套管直徑應大于保護座的外徑，在兩者之間有足夠的空間。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的光纖法珀應變測量儀，其特征在于所述光譜儀可用依次串聯(lián)的透鏡、光柵和CCD替換。
7.根據(jù)權利要求6所述的光纖法珀應變測量儀，其特征在于所述CCD可換用光電二極管陣列。
專利摘要光纖法珀應變測量儀,包括光纖法珀應變傳感頭,傳感頭的光纖與耦合器相連,耦合器一路連接至寬帶光源,另一路通過光譜儀輸出至計算機;耦合器、寬帶光源和光譜儀置于一外殼內(nèi)。傳感頭金屬保護座之外再套有隔離套管,并在隔離套管與兩法蘭盤之間或隔離套管中部接有彈性密封連接段。本測量儀的特點之一是便于攜帶,制作容易且成本較低;之二是該光纖法珀應變測量儀既能消除混凝土結構對傳感頭產(chǎn)生的橫向擠壓與彎曲力,使之完全符合傳感器只承受純徑向應變的要求,符合混凝土應變測量的剛度匹配原則。
文檔編號G01B11/16GK2513078SQ0125683
公開日2002年9月25日 申請日期2001年12月7日 優(yōu)先權日2001年12月7日
發(fā)明者陳偉民, 朱永, 符欲梅, 黃尚廉 申請人:陳偉民