專利名稱：用于彎曲變形測量的長標距光纖傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量變形的傳感器，特別涉及一種用于對建筑結構件彎曲變 形進行測量的長標距光纖傳感器。
技術背景對許多工程結構構件而言，如建筑結構中的梁柱、埋地管道的管身與接口、風電工 程中的塔體、基礎結構中的樁身等等，彎曲變形是一個重要的指標，其不僅能宏觀反映構件 及結構的力學性能，也是判斷其健康狀況的重要依據(jù)。目前對建筑結構件彎曲變形進行測 量的各種測試方法都存在著一定的局限性(1)點式應變片由于測試范圍比較小，點式應變片僅能測量構件因彎曲變形而 引起的構件上某一點在某個方向上的受力后的應變，其反映的主要是構件局部的材料特性 而不是構件整體的宏觀力學性能，而且某些情況下點式應變片往往會因局部應力集中(如 混凝土構件中的裂縫)而遭到破壞導致失效。(2)位移計其能夠測得構件因彎曲變形引起的、反映構件宏觀力學性能的空間 位移，但是位移計在使用時需要安裝在構件之外的一固定物件上，而其自由伸縮端與被測 構件接觸以感應構件的位移?？蛇@樣的使用條件在對周圍有覆土的埋地結構件的測試應用 中受到了限制，此外在某些特殊情況下(如橋梁結構的主梁撓度測試)位移計的固定很難 實現(xiàn)，往往找不到用以固定位移計的固定基礎。綜上所述，已有的點式應變片和位移計在對建筑結構件彎曲變形進行測量的應用 中都存在著其局限性
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種用于彎曲變形 測量的長標距光纖傳感器，其采用長標距光纖傳感和金屬化封裝的結構，不僅能夠測量構 件局部的位移應變，而且能夠測量構件整體的彎曲應變，不僅適合在結構表面安裝，而且適 合安裝于結構內(nèi)部，因而具有適應性廣、測量精度高、長期性能好的特點。本實用新型解決其技術問題所采取的技術方案如下一種用于彎曲變形測量的長標距光纖傳感器，呈線纜形，其最外部為中空的毛細 套管，芯部穿置有由單芯光纜去除外保護層后形成的單模光纖，該單模光纖由裸纖及其外 表的涂覆層構成；該長標距光纖傳感器包括縱向依次連接的第一固定段、中間段和第二固 定段；所述中間段位于該長標距光纖傳感器的中間，其橫向結構包括中心的單模光纖和外 部的毛細套管；所述第一固定段和第二固定段分別位于該中間段的兩側，該第一固定段靠 近所述中間段的內(nèi)側區(qū)的橫向結構包括最中心的由單模光纖去除涂覆層后的裸纖、鍍覆于 裸纖外表面的鍍金層、套置于鍍金層外周的鎳管、最外部的毛細套管以及填充于該鎳管與 毛細套管之間的充固層，該毛細套管離開所述中間段的外側的上部開設有用以填入充固層 的開口，該開口處封固有樹脂層，該第一固定段離開所述中間段的外側區(qū)的橫向結構包括中心的由單模光纖與外保護層構成的單芯光纜、封固于該單芯光纜外周的樹脂層以及外部 的毛細套管；所述第二固定段的橫向結構與第一固定段相同，其縱向結構以所述中間段為 中心與第一固定段相對稱。本實用新型所述的用于彎曲變形測量的長標距光纖傳感器，還包括有第一增敏段 和第二增敏段，該第一增敏段縱向地連接于所述第一固定段與中間段之間，該第二增敏段 縱向地連接于所述中間段與第二固定段之間，該第一增敏段和第二增敏段的結構相同，其 橫向結構包括最中心的由單模光纖去除涂覆層后的裸纖、鍍覆于裸纖外表面的鍍金層、套 置于鍍金層外周的鎳管以及最外部的毛細套管；該毛細套管由能夠?qū)嵤┘す夂傅牟牧现?成，可以由不銹鋼材料制成，其形狀為圓管或方管；所述充固層為激光焊層或者樹脂；所述 單模光纖在所述中間段的一位置上被除去外表的涂覆層露出內(nèi)部的裸纖，該裸纖上刻有光 柵。與現(xiàn)有的點式應變片和位移計相比較，本實用新型以縱向分布于中間段的單模光 纖作為感應結構構件應變的傳感器，因而其不僅能夠測量構件局部的某一點在某個方向上 受力后的位移和應變，而且能夠測量構件一個區(qū)間上各點應變的連續(xù)變化，因此能夠完成 對構件整體彎曲變形的測定，從而反映結構的宏觀力學性能，與此同時，所述用于彎曲變形 測量的長標距光纖傳感器實現(xiàn)了對一段標距長度內(nèi)構件彎曲變形所引起的平均應變的測 量，其不受局部材料缺陷的影響，因此在發(fā)生局部應力集中時不至于立即損壞。此外，本實 用新型在裸纖外表面鍍覆了鍍金層和套置了鎳管，實現(xiàn)了傳感器件的金屬化封裝，摒棄了 傳統(tǒng)的樹脂封裝方式，提高了封裝的強度，避免了封裝的老化，確保了傳感器長期性能的良 好。再者，所述的用于彎曲變形測量的長標距光纖傳感器既可粘貼在被測構件的外表面，又 可埋入結構的內(nèi)部，無需另外專門的安裝固定基礎，因此特別適合對埋地結構，如對埋地管 道的應變測量，從而擴大了本實用新型的應用范圍，拓寬了適應性。本實用新型中光纖的應 用，尤其是刻有光柵的光纖的應用，大大提高了所述傳感器的測量精度。

[0011]圖1是本實用新型的結構剖面圖。[0012]圖2是本實用新型第一固定段的結構剖面圖。[0013]圖3是本實用新型第一固定段的結構側視剖面圖[0014]圖4A是圖3的a-a剖面圖。[0015]圖4B是本實用新型另一實施例的a-a剖面圖。[0016]圖5A是圖3的b-b剖面圖。[0017]圖5B是本實用新型另一實施例的b-b剖面圖。[0018]圖6A是圖3的c-c剖面圖。[0019]圖6B是本實用新型另一實施例的c-c剖面圖。[0020]圖7是本實用新型第一增敏段的結構剖面圖。[0021]圖8是本實用新型第一增敏段的結構側視剖面圖[0022]圖9A是圖8的d-d剖面圖。[0023]圖9B是本實用新型另一實施例的d-d剖面圖。[0024]圖中，[0025]1外保護層，2單模光纖，3樹脂層，4毛細套管，5裸纖，6鍍金層， 7鎳管， 8充固層，9光柵；A中間段，Bl第一增敏段，B2第二增敏段，Cl第一固定段，C2第二固定段。
具體實施方式
現(xiàn)結合具體實施例和附圖對本實用新型作一詳細說明。本實用新型提供了一種用于對建筑結構件彎曲變形進行測量的長標距光纖傳感 器，請參閱圖1本實用新型的結構剖面圖。圖示長標距光纖傳感器呈線纜形，其最外部為中 空的毛細套管4，芯部全長穿置有單模光纖2，該單模光纖2是市場上購得的單芯光纜的結 構的一部分。所述單芯光纜的結構是由內(nèi)部的單模光纖2與外部的外保護層1組成的，該 單芯光纜去除外保護層1以后就形成了單模光纖2，該單模光纖2又是由中心的裸纖5及其 外表的涂覆層構成的。在本實用新型中，縱向貫穿全長的單模光纖2是用以感測結構標距 長度內(nèi)構件彎曲應變的關鍵傳感元件。圖1所示的用于彎曲變形測量的長標距光纖傳感器，其縱向結構共包括五段第 一固定段B 1、第一增敏段Cl、中間段A、第二增敏段C2和第二固定段B2，它們依上述次序 縱向相互連接，即所述中間段A位于該長標距光纖傳感器的最中間，所述第一固定段Bl和 第二固定段B2分別位于該中間段A的兩側，即分別位于該長標距光纖傳感器的兩端，所述 第一增敏段Cl縱向地連接于所述第一固定段Bl與中間段A之間，所述第二增敏段C2縱向 地連接于所述中間段A與第二固定段B2之間。所述中間段A用以感測結構件受力后的彎曲應變，是整個長標距光纖傳感器的核 心部位，該中間段A的長度為Ltl，請參閱圖1，其截面上的橫向結構包括中心的單模光纖2和 外部的毛細套管4，該單模光纖2貼近毛細套管4的底部。為了提高該長標距光纖傳感器的 性能，可以進一步對單模光纖2的結構進行改進，即在所述中間段A的某一位置上除去約長 度為l-2cm的外表涂覆層，露出內(nèi)部的裸纖5，并在該裸纖5上刻出光柵，這樣就能較大幅度 地提高所述長標距光纖傳感器的測量精度。所述第一固定段Bl和第二固定段B2用以固定所述長標距光纖傳感器的內(nèi)部結 構，即固定單模光纖2和毛細套管4之間的位置以及用以固定該長標距光纖傳感器于被測 試的結構上。請結合參閱圖2和圖3，該第一固定段Bl的橫向結構沿長度方向有所不同 其內(nèi)側區(qū)的橫向結構，即靠近所述中間段A的區(qū)域的橫向結構，請參閱圖6A所示c-c剖面 圖，自內(nèi)至外包括裸纖5、鍍金層6、鎳管7、充固層8以及毛細套管4 ；該裸纖5位于截面的 最中心，其是由單模光纖2去除涂覆層后形成的；該鍍金層6鍍覆于裸纖5的外表面，該鎳 管7套置于鍍金層6的外周，該鍍金層6與鎳管7形成了對傳感元件裸纖5的金屬封裝，從 而克服了傳統(tǒng)封裝易老化的缺陷，提高了傳感元件的強度和長期性能穩(wěn)定性；所述毛細套 管4位于最外部，對內(nèi)部結構起到保護作用，該毛細套管4由能夠?qū)嵤┘す夂傅牟牧现瞥桑?例如可以由不銹鋼材料制成；所述充固層8填充于鎳管7與毛細套管4之間，以固定單模光 纖2在毛細套管4之中的位置，其可以采用激光焊工藝在鎳管7與毛細套管4之間形成激 光焊層，也可以使用樹脂進行充填。所述毛細套管4離開中間段A的外側的上部開設有開 口，請結合參閱圖3和圖5A所示b-b剖面圖，通過該開口能夠向毛細套管4內(nèi)腔中填入充固層8，該充固層8充滿鎳管7與毛細套管4之間的空隙后，就在該開口處封固樹脂層3，該 樹脂層3能夠封閉所述長標距光纖傳感器的端部，以起到防塵、防水的作用。所述第一固定 段B 1外側區(qū)的橫向結構，即離開所述中間段A的區(qū)域的橫向結構，請參閱圖4A所示a-a剖 面圖，自內(nèi)至外包括中心的單芯光纜、樹脂層3以及外部的毛細套管4 ；該單芯光纜由單模 光纖2與外保護層1構成，其為市場上購得的成品，該毛細套管4的上部開設有用以填入充 固層8的開口，所述樹脂層3封固于該開口處和單芯光纜的外周，以達到防塵防水的目的。 所述第二固定段B2的橫向結構與第一固定段Bl相同，而第二固定段B2的縱向結構以所述 中間段A為中心與第一固定段B 1相對稱(見圖1)。請結合參閱圖1、圖7和圖8，所述第一增敏段Cl和第二增敏段C2的長度分別為 L1和L2，其作用是提高測試的靈敏度。再請參閱圖4A所示d-d剖面圖，所述第一增敏段Cl 截面上的橫向結構包括最中心的裸纖5、鍍金層6、鎳管7以及最外部的毛細套管4。該裸纖 5是由單模光纖2去除涂覆層后形成的，該鍍金層6鍍覆于裸纖5的外表面，該鎳管7套置 于鍍金層6的外周，從而形成傳感器的金屬封裝，因此減弱了該第一增敏段Cl對構件變形 的感應，提高了中間段A對標距長度內(nèi)構件應變測試的靈敏度，取得了增敏效果。所述第二 增敏段C2的結構和第一增敏段Cl相同，同理也能夠取得增敏效果。所述毛細套管4的形狀可以為圓管，如圖4A、圖5A和圖6A所示，也可以為方管，如 圖4B、圖5B和圖6B所示的另一實施例。本實用新型所述用于彎曲變形測量的長標距光纖傳感器的測量標距為L = Lo+Li+L；,假設長度Ltl段測得的平均應變?yōu)榍桑瑒t在標距L段內(nèi)得到的因彎曲變形導致的平 均應變和位移d分別為云二 Sn , ^·
° Ld = ε - L = S0-Lq當L1 = 0且1^2 = 0時，即該用于彎曲變形測量的長標距光纖傳感器結構無兩增敏 段Cl和C2時，本實用新型無增敏效果；反之，該傳感器具有增敏效果。
權利要求1.一種用于彎曲變形測量的長標距光纖傳感器，其特征在于所述長標距光纖傳感器 呈線纜形，其最外部為中空的毛細套管，芯部穿置有由單芯光纜去除外保護層后形成的單 模光纖，該單模光纖由裸纖及其外表的涂覆層構成；該長標距光纖傳感器包括縱向依次連 接的第一固定段、中間段和第二固定段；所述中間段位于該長標距光纖傳感器的中間，其橫 向結構包括中心的單模光纖和外部的毛細套管；所述第一固定段和第二固定段分別位于該 中間段的兩側，該第一固定段靠近所述中間段的內(nèi)側區(qū)的橫向結構包括最中心的由單模光 纖去除涂覆層后的裸纖、鍍覆于裸纖外表面的鍍金層、套置于鍍金層外周的鎳管、最外部的 毛細套管以及填充于該鎳管與毛細套管之間的充固層，該毛細套管離開所述中間段的外側 的上部開設有用以填入充固層的開口，該開口處封固有樹脂層，該第一固定段離開所述中 間段的外側區(qū)的橫向結構包括中心的由單模光纖與外保護層構成的單芯光纜、封固于該單 芯光纜外周的樹脂層以及外部的毛細套管；所述第二固定段的橫向結構與第一固定段相 同，其縱向結構以所述中間段為中心與第一固定段相對稱。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于彎曲變形測量的長標距光纖傳感器，其特征在于所述 長標距光纖傳感器還包括有第一增敏段和第二增敏段，該第一增敏段縱向地連接于所述第 一固定段與中間段之間，該第二增敏段縱向地連接于所述中間段與第二固定段之間，該第 一增敏段和第二增敏段的結構相同，其橫向結構包括最中心的由單模光纖去除涂覆層后的 裸纖、鍍覆于裸纖外表面的鍍金層、套置于鍍金層外周的鎳管以及最外部的毛細套管。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的用于彎曲變形測量的長標距光纖傳感器，其特征在于 所述毛細套管由能夠?qū)嵤┘す夂傅牟牧现瞥?，所述充固層為激光焊層?br> 4.根據(jù)權利要求3所述的用于彎曲變形測量的長標距光纖傳感器，其特征在于所述 毛細套管由不銹鋼材料制成。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的用于彎曲變形測量的長標距光纖傳感器，其特征在于 所述充固層為樹脂。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的用于彎曲變形測量的長標距光纖傳感器，其特征在于 所述單模光纖在所述中間段的一位置上被除去外表的涂覆層露出內(nèi)部的裸纖，該裸纖上刻 有光柵。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的用于彎曲變形測量的長標距光纖傳感器，其特征在于 所述毛細套管的形狀為圓管或方管。
專利摘要一種用于彎曲變形測量的長標距光纖傳感器，呈線纜形，其最外部為毛細套管，芯部穿置有單模光纖，該單模光纖由裸纖及涂覆層構成，該傳感器包括縱向依次連接的第一固定段、中間段和第二固定段，中間段的橫向結構包括中心的單模光纖和外部的毛細套管，第一固定段內(nèi)側區(qū)的橫向結構包括裸纖、鍍金層、鎳管、充固層及毛細套管，毛細套管上開設有用以填入充固層的開口，開口處封固有樹脂層，第一固定段外側區(qū)的橫向結構包括由單模光纖與外保護層構成的單芯光纜、樹脂層及毛細套管，第二固定段的橫向結構與第一固定段相同，其縱向結構與第一固定段相對稱。本實用新型采用長標距光纖傳感和金屬化封裝的結構，具有適應性廣、測量精度高、長期性能好的優(yōu)點。
文檔編號G01B11/16GK201780103SQ20102025268
公開日2011年3月30日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權日2010年7月7日
發(fā)明者李素貞 申請人:李素貞