一種用於測量管道環向應變的應變箍傳感器的製作方法

2023-04-28 14:52:31 3

專利名稱：一種用於測量管道環向應變的應變箍傳感器的製作方法
技術領域：
本發明屬於傳感技術領域，涉及一種基於光纖光柵技術的測量管道環向應變的應變箍傳感器。
背景技術：
目前測量管道環向應變的方法通常是使用電阻應變計。但是這種方法只能測量應變計所在位置的局部應變，測量範圍小，不能反映整個管道環向變形情況，而且電阻應變計靈敏度低、易受電磁信號幹擾、長期穩定性差、壽命短，所以需要開發一種能夠克服上述缺點的測量管道環向應變的傳感器。光纖光柵自問世以來，已廣泛應用於光纖傳感領域。光纖光柵傳感器是用光纖光 柵製成的一種新型傳感器，通過檢測寫入光纖內部的光柵反射或透射布拉格波長光譜，實現被測結構的應力，應變和溫度量值的絕對測量。由於光纖光柵傳感器具有抗電磁幹擾、抗腐蝕、電絕緣、高靈敏度和低成本以及和普通光纖的良好的兼容性等優點，所以近年來得到了廣泛的應用。

發明內容
本發明的目的是基於光纖光柵技術，提供一種測量管道環向應變的應變箍傳感器，這種應變箍傳感器可以和管道緊密結合，能夠測量整個管道截面的環向應變，靈敏度高，抗幹擾性強，解決了現有的電阻應變計測量範圍小，易受外界電磁幹擾，測量靈敏度不高，長期穩定性差，壽命短等問題。這種測量管道環向應變的應變箍傳感器由金屬支座I、夾持件9、光纖光柵5、毛細鋼管3、毛細鋼管6以及封裝部件8組成。本發明所採用的技術方案是首先根據光纖光柵的工作原理可知，光纖光柵的波長變化Λ λ與應變ε f的關係式為式(I)Δ λ = Kf · ε f (I)該(I)式中Kf為光纖光柵應變傳感器靈敏度係數。對於纖芯是純石英的光纖情況，中心波長為1550nm附近的光纖光柵Kf等於I. 2pm/ μ ε。在應變測量方面，採用對光纖光柵進行兩端夾持的封裝方式，這種封裝方式可以通過調整兩端固定支點的距離d與兩端封裝部件之間光纖的長度df間的比值關係來改變傳感器的靈敏度係數。在傳感器結構中，採用鋼管封裝，封裝部件的應變可以忽略，所以固定支點間的變形量幾乎全部加載在光纖上。在管道環向應變測量中，管道周長變化量Al = f: EpRdO = InRsv (2)對於應變箍傳感器，管道周長的變化量全部加載在長為df的光纖上，因此有
￡f=-T = —r^ (3)代入⑴式得到 ε =^~ (4)
^ df dfP InRKf
對於中心波長處於1550nm左右波段的光纖光柵，傳感器的中心波長變化與外界
應變的關係如下式
權利要求
1.一種用於測量管道環向應變的應變箍傳感器，由金屬支座(I)、夾持件(9)、光纖光柵(5)、毛細鋼管(3)、毛細鋼管(6)以及封裝部件(8)組成，其特徵是採用雙層毛細鋼管封裝，內層使用毛細鋼管(6)，外層使用毛細鋼管(3)，使用環氧樹脂膠粘接光纖與鋼管(6)，用鋼管(3)套在鋼管(6)外層，使用704膠粘接，然後用金屬支座(I)與夾持件(9)將毛細鋼管封裝的傳感器緊箍在管道上，使用環氧樹脂膠將毛細鋼管(3)粘在管道外壁。
2.根據權利要求I所述的一種用於測量管道環向應變的應變箍傳感器，其特徵是金屬支座(I)與管道接觸面圓弧直徑與管道外徑相同，金屬支座(I)底部有半圓槽，半圓槽軸線與管道外壁相切，毛細鋼管(3)通過封裝部件(8)嵌在半圓槽內，並通過夾持件(9)固定住。
全文摘要
一種用於測量管道環向應變的應變箍傳感器，屬於傳感技術領域。其特徵是採用雙層毛細鋼管封裝，通過金屬支座與夾持件將毛細鋼管封裝的傳感器緊箍在管道上，並通過環氧樹脂把毛細鋼管粘在管道外壁。金屬支座與管道接觸面的弧直徑等於管道的外徑，這樣金屬支座就能與管道緊密接觸。傳感器的測量靈敏度可以根據實際需求通過改變傳感器元件的尺寸進行調整。本發明的效果和益處是提供了一種用於測量管道環向應變的應變箍傳感器，它能夠測量整個管道截面的環向應變，具有較高的靈敏度，克服了電阻應變計測量範圍小，精度低，易受電磁幹擾、長期穩定性差等缺點。
文檔編號G01B11/16GK102636128SQ20121009276
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月30日 優先權日2012年3月30日
發明者任亮, 姜濤, 李宏男, 賈子光 申請人:大連理工大學