埋入式路面豎向fbg應變傳感器的製作方法

2023-09-12 01:25:20 2

專利名稱：埋入式路面豎向fbg應變傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及應變監測技術，具體說就是一種埋入式路面豎向FBG應變傳感
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背景技術：
1978年，加拿大的Hill發明摻鍺光纖中光致折射率變化的現象使芯內光柵得以 問世。1989年，美國的Meltz發明摻鍺光纖光柵紫外側寫入技術，人們利用這一技術可以 方便地製作各種常數的光纖光柵，使得成本大大降低，為其廣泛應用奠定了基礎。光纖光柵 用於傳感的主要優點體現在能避免電磁場的幹擾，電絕緣性好；不受潮溼環境影響；耐久 性好，具有抵抗包括高溫(小於600°C)在內的各種惡劣環境及化學侵蝕的能力，具有承受 振動和衝擊的能力。質量輕、體積小、對結構影響小、易於布置。既可以實現點測量，也可以 實現分布式測量和絕對測量。節省線路，只用一根線就可以傳送結構狀態信號，信號、數據 可多路傳輸，便於與計算機連接，單位長度上信號衰減小，靈敏度高，精度高，頻帶寬，信噪 比高等。但是，由於裸光纖光柵特別纖細，外徑約為125微米左右，其主要成分是SiO2，因 此特別脆弱，尤其它的抗剪能力很差，直接將其作為傳感元件在工程實際中遇到了布設工 藝難題，根本不能適應浙青混凝土或水泥路面粗放式生產方式與惡劣的服役環境，嚴重地 制約了光纖光柵在公路工程中的應用。目前隨著社會經濟的發展，車輛數量猛增且迅速大 型化，使公路路面也面臨嚴峻的考驗，出現了很多破損現象，直接影響道路的通車效率和行 車安全。因此，研究不同路面結構層在不同荷載作用下結構層之間的荷載傳遞規律、應變規 律顯得非常重要。對於浙青混凝土或水泥路面應變測試，傳統的傳感器有很多不足的地方 (1)電磁類傳感器線性度差，對電磁的抗幹擾性能差，儀器較為笨重，穩定性和可靠性差，無 法長期穩定並及時地提供準確的監測信息；(2)傳統的電阻應變片受環境影響較大，由於 溫漂和零溫的影響，長期應變測試的結果會嚴重失真，同時存在布設困難的問題；C3)振弦 式應變傳感器其靈敏度和穩定性較好，但是由於鋼弦蠕變的原因，鋼弦式應變傳感器的正 常使用年限有限，使用也不是很方便，不適合大規模集成使用。

發明內容本實用新型的目的在於提供一種耐久性好、可以準分布布設、精度高、方便施工操 作、適應路面結構內部豎向應變監測的埋入式路面豎向FBG應變傳感器。本實用新型的目的是這樣實現的它是由光纖布拉格光柵、光纖、纖維增強樹脂、 金屬上錨頭、金屬下錨頭、左穩定位趾、光纜出現口、右穩定位趾和中穩定位趾組成的，金屬 上錨頭連接纖維增強樹脂，纖維增強樹脂連接金屬下錨頭，金屬下錨頭分別連接左穩定位 趾、右穩定位趾和中穩定位趾。本實用新型還有以下技術特徵(1)所述的纖維增強樹脂內部封裝光纖布拉格光柵和光纖，光纖布拉格光柵連接 光纖。[0007](2)所述的光纜出現口位於中穩定位趾內部。本實用新型提供的是一種埋入式路面豎向FBG應變傳感器，它包括FRP細杆和直 接封裝在其內部的FBG。具有尺寸小、路面中布設簡單、布設成活率高、路面豎向應變測試精 度高、抗電磁幹擾、準分布式傳感、絕對測量、抗潮防水、穩定性與耐久性好等優點。同時，根 據工程實際需要，可以改變外形尺寸，使用非常方便，特別適於產業化生產。其對路面結構， 包括浙青混凝土及水泥路面結構內部應變變化監測均有實際意義。

圖1為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖舉例對本實用新型作進一步說明。 實施例1 結合圖1，本實用新型一種埋入式路面豎向FBG應變傳感器，它是由光纖 布拉格光柵(1)、光纖( 、纖維增強樹脂( 、金屬上錨頭(4)、金屬下錨頭( 、左穩定位趾 (6)、光纜出現口(7)、右穩定位趾(8)和中穩定位趾(9)組成的，金屬上錨頭(4)連接纖維 增強樹脂(3)，纖維增強樹脂C3)連接金屬下錨頭(5)，金屬下錨頭( 分別連接左穩定位 趾(6)、右穩定位趾(8)和中穩定位趾(9)。本實用新型還有以下技術特徵所述的纖維增強樹脂( 內部封裝光纖布拉格光柵(1)和光纖O)，光纖布拉格光 柵⑴連接光纖⑵。所述的光纜出現口(7)位於中穩定位趾(9)內部。實施例2 結合圖1，本實用新型包括一個細杆狀的FRP材料作為封裝材料，封裝在 FRP細杆內部的光纖布拉格光柵，光纖布拉格光柵直接被FRP材料封裝；FRP棒兩端各連接 金屬上錨頭和金屬下錨頭，金屬下錨頭一端連有3個支腿左穩定位趾、右穩定位趾和中穩 定位趾；光纖布拉格光柵在底座端通過鎧裝光纖引出。光纖布拉格光柵被居中封裝在FRP 細杆中，能夠很好的保證光柵與封裝材料之間的粘結。同時為了提高傳感器與浙青混凝土 之間的粘結力，使得其與被測基體協同變形，在FRP細杆外表面連接有金屬上錨頭和金屬 下錨頭，能夠有效地提高傳感器與被測基體之間的機械咬合力。同時底端3個固定支腿即 左穩定位趾、右穩定位趾和中穩定位趾，能夠保證其在埋入路面時的固定位置。這種埋入式 路面豎向FBG應變傳感器具有耐腐蝕、傳感精度高、抗電磁幹擾、絕對測量、準分布、抗潮防 水、穩定性與耐久性好等優點。同時由於其封裝材料採用的是FRP材料，可以大大提高傳感 器耐久性。利用光纖光柵測量應變原理、優良的應用性能和此種傳感器的結構形式，可以對 浙青混凝土或水泥路面內部豎向應變進行監測，從而為路面結構基礎力學理論深入研究及 路面養護、維修提供可靠的依據。實施例3 本實用新型的工藝過程如下(1)採用FRP拉擠工藝，將光纖光柵與浸漬過環氧樹脂的纖維材料，如碳纖維、玻 璃纖維等，一起引入拉擠模具，經過加熱、固化、冷卻三個過程有機地構成一體，加工成形的 FRP(纖維增強聚合物)-FBG(光纖光柵)複合杆。( 將含有光纖光柵的細杆在光柵處切 成長度4cm，並將傳導光纖從FRP細杆端部引出。( 生產出的內部封裝有光纖光柵的樹脂棒的外部連接有金屬擴大頭以提高其與被測介質的咬合力。
權利要求1.一種埋入式路面豎向FBG應變傳感器，它是由光纖布拉格光柵(1)、光纖O)、纖維 增強樹脂C3)、金屬上錨頭(4)、金屬下錨頭( 、左穩定位趾(6)、光纜出現口(7)、右穩定位 趾(8)和中穩定位趾(9)組成的，其特徵在於金屬上錨頭(4)連接纖維增強樹脂(3)，纖 維增強樹脂C3)連接金屬下錨頭(5)，金屬下錨頭( 分別連接左穩定位趾(6)、右穩定位 趾⑶和中穩定位趾(9)。
2.根據權利要求1所述的一種埋入式路面豎向FBG應變傳感器，其特徵在於所述的纖維增強樹脂C3)內部封裝光纖布拉格光柵(1)和光纖O)，光纖布拉格光柵(1)連接光纖 ⑵。
3.根據權利要求1所述的一種埋入式路面豎向FBG應變傳感器，其特徵在於所述的 光纜出現口(7)位於中穩定位趾(9)內部。
專利摘要本實用新型提供一種耐久性好、可以準分布布設、精度高、方便施工操作、適應路面結構內部豎向應變監測的埋入式路面豎向FBG應變傳感器。它是由光纖布拉格光柵、光纖、纖維增強樹脂、金屬上錨頭、金屬下錨頭、左穩定位趾、光纜出現口、右穩定位趾和中穩定位趾組成的，金屬上錨頭連接纖維增強樹脂，纖維增強樹脂連接金屬下錨頭，金屬下錨頭分別連接左穩定位趾、右穩定位趾和中穩定位趾。本實用新型具有尺寸小、路面中布設簡單、布設成活率高、路面豎向應變測試精度高、抗電磁幹擾、準分布式傳感、絕對測量、抗潮防水、穩定性與耐久性好等優點。使用方便，適於產業化生產。
文檔編號G01B11/16GK201903328SQ20102060930
公開日2011年7月20日 申請日期2010年11月17日 優先權日2010年11月17日
發明者歐進萍, 王川, 胡慶立 申請人:歐進萍, 王川, 胡慶立