本發明專利技術公開了一種基于復合材料的光纖傳感裝置，包括柱體和在柱體上分布的凹槽，凹槽的相對兩面上分別具有相互交錯對應的變形齒，且在凹槽的相對兩面的變形齒之間夾有信號光纖，信號光纖與測試單元相接，所述的柱體是由至少2層材料復合構成，且所述不同的材料是沿著柱體的徑向逐層分布的；該光纖傳感裝置在保證剛性的基礎上大幅度的減少了柱體的重量，并具有較大變形的能力。使本發明專利技術的光纖應力監測裝置具有使用壽命長、精度高、用途廣的特點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光纖傳感裝置
，具體涉及一種基于復合材料的光纖傳感裝置。
技術介紹
由于對滑坡、泥石流、地震、以及大型人工建筑物健康監測的需要，應力應變參數監測是技術人員最關心的重要參數之一，傳統的以電和磁為核心的傳感器由于耐久性、抗干擾能力等方面的缺陷導致其應用范圍比較狹窄。隨著對光纖理解的深入以及光纖技術的發展，越來越多的學者傾向于采用光纖技術方案對應力進行點式和分布式監測，中國專利申請號201020516566. 7《一種柱體應力感測裝置》的專利文獻中，提出了一種柱形的光纖微彎原理的傳感裝置，通過預制的微彎結構達到了即可以有效的保護傳感的光纖，又能夠有效的、定量的監測的目的，同時可以擴展為分布式監測系統，具有一定優越性。但在進行滑坡等大變形監測時，一般的柱體材料的不能滿足要求，當柱體材料選擇金屬材料時，雖具有一定的剛性，但變形量較小，超過一定的變形量后柱體材料會出現斷裂現象而使傳感器失效；當選擇具有良好彈性的非金屬材料時，剛性不足，隨著柱體長度的增加，其自身重量會導致柱體變形，影響了該傳感裝置的使用和精度。這些都限制了該專利技術的光纖傳感器的推廣使用。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的不足，本專利技術提供一種基于復合材料的光纖傳感裝置，該光纖傳感裝置在保證剛性的基礎上大幅度的減少了柱體的重量，并具有較大變形的能力。使本專利技術的光纖應力監測裝置具有使用壽命長、精度高、用途廣的特點。為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是一種基于復合材料的光纖傳感裝置，包括柱體10和在柱體10上分布的凹槽4，凹槽4的相對兩面上分別具有相互交錯對應的A側變形齒4-1和B側變形齒4-2，且在凹槽4的相對兩面的A側變形齒4-1和B側變形齒4-2之間夾有信號光纖6,信號光纖6與測試單元5相接，其特征在于所述的柱體10是由至少2層不同的材料構成，且所述不同的材料是沿著柱體的徑向逐層分布的。所述的柱體10內層是加強層8。所述的柱體10是由3層材料構成，其中間層是加強層8。所述的加強層8是由基材與加強纖維復合而成。所述的基材是高分子材料或鋁合金。所述的加強纖維是鋼絲、玻璃纖維、碳化硼纖維、碳纖維、芳綸纖維、高模量聚乙烯纖維或PBO纖維。 所述的加強纖維是沿著柱體軸向螺旋分布的。所述的加強層8的基材是熱熔膠。所述的柱體10最外層12材料是硬質聚氯乙烯。所述的柱體10最內層9材料是聚乙烯。當柱體在應力下變形時，凹槽的寬度變化，使位于凹槽的相對兩面上的變形齒之間的距離也會改變，從而使夾持于變形齒間的信號光纖的彎曲曲率變化，這又使信號光纖的彎曲損耗變化，通過測試單元可得到信號光纖彎曲損耗變化的大小，并可推算出柱體所受應力的大小。本專利技術與現有技術相比具有以下優點:1、基于復合材料的光纖傳感裝置中，柱體采用的復合材料在待監測應力或位移作用下具有較大的變形能力，使該傳感裝置具有較大的測試動態范圍；2、基于復合材料的光纖傳感裝置中，柱體采用的復合材料可以大幅度的降低自身的重量，一方面減小了自身重量對傳感裝置的影響，同時降低了生產、運輸和使用的成本，更利于推廣；3、基于復合材料的光纖傳感裝置中，由于柱體采用的復合材料構成，增加了柱體的彈性和彎曲變形的能力，同時又具有適當的剛性，從而有效的適應實際工程條件的需求。綜上所述，本專利技術結構簡單、設計合理、加工制作方便且使用方式靈活、靈敏度高、使用效果好，柱體在采用復合材料后不僅具有一定的剛性，同時具有較大的變形能力，使本專利技術的裝置具有更好的精度、更長的使用壽命、以及更優異的環境適應能力。下面通過附圖和實施例，對專利技術的技術方案做進一步的詳細描述。附圖說明圖1為本專利技術第一具體實施方式的結構示意圖。圖2為圖1中柱體沿的A-A’的剖面結構示意圖。圖3為本專利技術第二具體實施方式的剖面結構示意圖。圖4為本專利技術第三具體實施方式的剖面結構示意圖。附圖標記說明:1-延長光纖；4_凹槽；4-1-Α側變形齒；4-2-B側變形齒；5_測試單元；6_信號光纖；7-處理單元；8_加強層；9_最內層；10_柱體；12-最外層。具體實施例方式實施例1如圖1、圖2所示，本專利技術包括在柱體10上分布有凹槽4，凹槽4的相對兩面上分別具有相互交錯對應的A側變形齒4-1和B側變形齒4-2，且在凹槽4的相對兩面的變形齒之間夾有信號光纖6，信號光纖6通過延長光纖I接測試單元5，在測試單元5后面接處理單元7，特別是柱體10是由不同的材料復合而成，也就是由加強層8和最外層12構成。優選的，所述的加強層8是由高分子材料和加強纖維復合材料，使柱體10不僅具有一定的剛性，且具有較大的變形能力；當柱體10在應力下變形時，凹槽4的寬度變化，使位于凹槽4的相對兩面上的變形齒之間的距離也會改變，從而使夾持于變形齒間的信號光纖6的彎曲曲率變化，這又使信號光纖6的彎曲損耗變化，通過測試單元5可得到信號光纖6彎曲損耗變化的大小，并傳遞給處理單元7，處理單元7推算出柱體10所受應力的大小。由于在柱體10上的凹槽4的相對兩側有眾多相互交錯對應的變形齒,從而使信號光纖6的有效彎曲部分的長度大大延長，一方面減少了信號光纖6的彎曲曲率，另一方面提高該裝置的精度，同時也大大延長了信號光纖6的使用壽命，由于柱體10采用的是復合材料，所以柱體10在應力F作用下具有較大的變形能力，從而使凹槽4的寬度的變化范圍增大，這又使信號光纖6的彎曲損耗變化動態范圍擴大，使該傳感裝置具有監測大變形的能力。優選的，所述的加強層8的基材是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子材料，不僅重量輕、變形能力大，并且成本較低。當然，基材也可選用純鋁、鋁合金、鐵或鐵合金、銅及銅合金，使柱體10具有較高的剛性。優選的，所述的加強纖維是鋼絲、玻璃纖維、碳化硼纖維、碳纖維、芳綸纖維、高模量聚乙烯纖維或PBO纖維。優選的，所述的加強纖維是沿著柱體軸向螺旋分布的。當然，在柱體10的內部或外部也可以安置具有一定剛性的管材，如鐵管、鋁管、硬質聚氯乙烯管，一方面增加柱體10的剛性，同時增強對柱體10和信號光纖6的保護。實施例2如圖3所示，本實施例中，與實施例1不同的是所施加的應力F是作用于柱體10的上端部或下端部，使柱體10呈現整體的彎曲。本實施例中,其余部分的結構、連接關系和工作原理均與實施例1相同。實施例3如圖4所示，本實施例中，與實施例1不同的是柱體10是由3層材料復合而成。優選的，所述的加強層8的基材是熱熔膠，其加強纖維是鋼絲，從而在保證柱體10的剛性及變形能力的基礎上，可以降低成本，易于推廣實施。優選的，所述的柱體10最外層材料是硬質聚氯乙烯，凹槽也分布于該層材料上。優選的，所述的柱體10最內層材料是聚乙烯。本實施例中，其余部分的結構、連接關系和工作原理均與實施例1相同。以上所述，僅是本專利技術的較佳實施例，并非對本專利技術作任何限制，凡是根據本專利技術技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本專利技術技術方案的保護范圍內。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于復合材料的光纖傳感裝置，包括柱體(10)和在柱體(10)上分布的凹槽(4)，凹槽(4)的相對兩面上分別具有相互交錯對應的A側變形齒(4?1)和B側變形齒(4?2)，且在凹槽(4)的相對兩面的A側變形齒(4?1)和B側變形齒(4?2)之間夾有信號光纖(6)，信號光纖(6)與測試單元(5)相接，其特征在于：所述的柱體(10)是由至少2層不同的材料構成，且所述不同的材料是沿著柱體的徑向逐層分布的。
【技術特征摘要】
1.一種基于復合材料的光纖傳感裝置，包括柱體(10)和在柱體(10)上分布的凹槽(4)，凹槽(4)的相對兩面上分別具有相互交錯對應的A側變形齒(4-1)和B側變形齒(4-2)，且在凹槽(4)的相對兩面的A側變形齒(4-1)和B側變形齒(4-2)之間夾有信號光纖(6)，信號光纖(6)與測試單元(5)相接，其特征在于:所述的柱體(10)是由至少2層不同的材料構成，且所述不同的材料是沿著柱體的徑向逐層分布的。2.根據權利要求1所述的光纖傳感裝置，其特征在于:所述的柱體(10)內層是加強層⑶。3.根據權利要求1所述的光纖傳感裝置，其特征在于:所述的柱體(10)是由3層材料構成，其中間層是加強層(8)。4.根據權利要求2或3所述的光纖傳感裝置，其特征在于:...
【專利技術屬性】
技術研發人員：杜兵，
申請(專利權)人：西安金和光學科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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