一种光纤光栅增减敏应变传感器的封装方法专利目的

《一种光纤光栅增减敏应变传感器的封装方法》的目的是提供一种光纤光栅增减敏应变传感器的封装方法。该方法不仅有效的保护了裸光纤光栅，而且可以改变光纤光栅的应变灵敏度，其增减敏系数可以根据封装材料的尺寸制定，满足实际工程的测量需求。增敏型应变传感器提高了光纤光栅的应变灵敏度，可以应用于应变量程小、测量精度要求高的应变测试中；而减敏型应变传感器相对降低了光纤光栅的应变灵敏度，适合于应变量程大、测量精度相对低的测量需求。基于这种封装方法的光纤光栅应变传感器，为大型工程结构的表面及内部应变测量提供了大应变量程和高测量精度的监测手段。

一种光纤光栅增减敏应变传感器的封装方法技术方案

《一种光纤光栅增减敏应变传感器的封装方法》所采用的技术方案是这样实现的：传感器由光纤光栅、两个封装部件、两个夹持部件以及两个固定支点组成。其中封装部件与夹持部件均为钢管。采用胶接的方法将光纤光栅两端固定于两个封装部件内，由于胶粘剂没有直接封装光纤光栅区域，消除了胶粘剂对光纤光栅应变传递的影响；然后将两个封装部件分别置于两个夹持部件内，并使用胶粘剂粘接封装部件和夹持部件；最后使用铆固、焊接或胶接的方式将夹持部件与固定支点连接。

封装部件材料为钢管；设两个固定支点的距离为L，两个封装部件之间的光纤的长度为

两个封装部件的长度为

。假设两固定支点间发生△L的轴向变形，相应封装部件和光纤光柵的变形分别为

和

，忽略钢管内胶层和光纤之间的应变损耗影响，由材料力学基本原理可得

（1）和

（2）。

其中

和

分别为钢和光纤的弹性模量；

和

分别为封装钢管和光纤的截面积；P为传感器结构的内力。结构内部内力处处相等，由此可得

（3），即

（4）。

钢的弹性模量约为光纤的3倍，当封装钢管的截面积

远大于光纤的截面积

时，相对于光纤，封装钢管的应变量可以忽略。此时，传感器所承受的外界变形量主要集中在了光纤上，即

由此，传感器总应变8与光纤光栅应变8j的关系为

（5）

L定义传感器的增减敏系数，代入式(5)可得

（6）。

由式(6)可以看出，通过调整增减敏系数K的值，即

与

的比值，可以改变传感器的应变测量灵敏度。当K<1， 传感器为光纤光栅增敏型应变传感器；当K>1，传感器为光纤光栅减敏型应变传感器。

一种光纤光栅增减敏应变传感器的封装方法有益效果

《一种光纤光栅增减敏应变传感器的封装方法》的效果和益处是，基于这种封装技术的光纤光栅应变传感器具有结构简单、受力明确、造价低廉的优点；由于胶粘剂没有直接接触光纤光栅区域，不仅消除了胶粘剂对光纤光栅应变传递的影响，而且避免了光纤光栅区域粘接不均匀带来的反射波长多峰值的现象；传感器的增减敏系数可以根据实际需要通过改变固定支点的位置来确定；通过一些辅助构件，传感器不仅可以采用铆固、焊接或胶接的方式安装于被测结构的表面，也可以埋入结构内部进行应变测量。基于这种封装方法的光纤光栅应变传感器，为大型工程结构的表面及内部应变测量提供了大应变量程和高测量精度的监测手段。