專利名稱：光纖光柵測力計錨索應力傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及橋梁工程領域錨索的應力測量，特別是基于光纖光柵的測力計錨索應力測量。
背景技術：
應力環廣泛的應用在土木工程和橋梁工程領域的錨索應力測量，現有技術一般使用電類應力傳感器。電類應力傳感器受濕度、溫度的影響容易降低絕緣性能，避雷性差，受電磁場的影響容易產生噪聲等，耐環境性差。而且，電類應力傳感器不適用于分布式的復用結構，要進行多點測量平均到每個測量點的成本就會增加。另外，系統的信噪比不高，很難處理微弱應力的檢出信號。
在日本專利廳公開的特開2004-125587中提到，采用光纖衍射光柵的土木用中央孔型測力傳感器。將光纖傳感器引入應力環中避免了電類傳感器的缺點，但是其中的FBG傳感器和中空狀的圓筒部的結合是使用粘合劑粘貼的方式，粘合劑會吸收應力，產生冗余現象。
發明內容
本發明旨在提供一種光纖光柵測力計錨索應力傳感器，應用于橋梁錨索應力的測量和錨索安裝時的監測。在安裝錨索時會分別固定拉索的每根鋼纜，如果在操作時沒有應力的監測無法將拉力均勻施加在每根鋼纜上，這樣受力較大的鋼纜會比較容易斷裂。如果壓力環上受力均勻且大小適度則說明錨索的狀態健康。另外實踐證明溫度也是影響錨索健康狀態的重要因素，當溫度降低時橋梁的拉索會收縮，拉力加大增加了鋼纜斷裂的可能性，所以有效的進行溫度的測量和補償也是本發明要解決的問題。
一種光纖光柵測力計錨索應力傳感器，主要包括環形彈性體、六個光纖光柵應力傳感器、兩個光纖光柵溫度傳感器，其中光纖光柵應力傳感器和光纖光柵溫度傳感器采用無膠化封裝技術制備；光纖光柵應力傳感器和光纖光柵溫度傳感器和環形彈性體采用激光點焊的方式附著，光纖光柵溫度傳感器焊接的方向垂直于環形彈性體承受的應力方向。
如前所述的一種光纖光柵測力計錨索應力傳感器，其中光纖光柵應力傳感器和光纖光柵溫度傳感器的無膠化封裝結構包括光纖光柵、金屬片，光纖光柵表面有金屬鍍層，并有金屬焊點將光纖光柵和金屬片焊接在一起。
如前所述的一種光纖光柵測力計錨索應力傳感器，其中六個光纖光柵應力傳感器均勻的分布在環形彈性體的外表面和內表面，通過激光電焊機焊接，焊接方向平行于環形彈性體承受的應力方向。
如前所述的一種光纖光柵測力計錨索應力傳感器，其中兩個光纖光柵溫度傳感器分別位于環形彈性體的外表面和內表面，對本錨索應力測量系統進行溫度補償。
本發明采用無膠化封裝技術制備光纖光柵傳感器以及用激光點焊和環形彈性體附著的方法，避免了粘合劑結合產生的冗余現象以及有機物易疲勞分解的問題。提高了這種錨索應力測量系統的傳感性能和使用壽命。環形彈性體的內外表面都分布有光纖光柵應力傳感器，來自不同位置傳感器的應力值可以反應錨索所受應力是否均勻。另外，光纖光柵溫度傳感器的焊接方向和環形彈性體承受的應力方向垂直，避免應力的影響可準確的反應溫度的變化，也可同時對光纖光柵應力傳感器做出溫度補償。
圖1.光纖光柵測力計錨索應力傳感器結構2.光纖光柵無膠化封裝技術制備傳感頭結構3.錨索測力計安裝示意4.錨索應力測量系統結構圖具體實施方式
光纖光柵測力計錨索應力傳感器結構如圖1.所示，包括1-環形彈性體、2-光纖光柵應力傳感器、3-光纖光柵溫度傳感器、8-光纜引出座、9-光纜等幾個部分。其中光纖光柵應力傳感器和光纖光柵溫度傳感器采用無膠化封裝技術制備；光纖光柵應力傳感器和光纖光柵溫度傳感器和環形彈性體采用激光點焊14的方式附著，光纖光柵溫度傳感器焊接的方向垂直于環形彈性體承受的應力方向。如前所述的光纖光柵測力計錨索應力傳感器結構，其中六個光纖光柵應力傳感器2均勻的分布在環形彈性體的外表面和內表面，通過激光電焊機焊接，焊接方向平行于環形彈性體承受的應力方向。如前所述的光纖光柵測力計錨索應力傳感器結構，其中兩個光纖光柵溫度傳感器3分別位于環形彈性體的外表面和內表面，對本錨索應力測量系統進行溫度測量和溫度補償。
如前所述的光纖光柵測力計錨索應力傳感器，其中光纖光柵應力傳感器和光纖光柵溫度傳感器的無膠化封裝結構如圖2所示，包括光纖光柵10、金屬片11，光纖光柵表面有金屬鍍層13，并有金屬焊點14將光纖光柵和金屬片焊接在一起。
如圖3所示環形彈性體1安裝在錨索座5和錨索頭6之間，拉索4從承壓筒的中間穿過如圖2所示。安裝好后拉索處于緊張狀態，環形彈性體受壓，位于環形彈性體上的光纖光柵應力傳感器實時檢測該壓力。當某根或某些拉索松弛或斷裂，環形彈性體上的受壓情況會發生改變，位于環形彈性體上不同位置的光纖光柵應力傳感器的測量值會監測到這種改變。
如圖4.所示是本發明應用在橋梁上的錨索應力環測量系統，在每個錨索上安裝應力環，引出的光纜串聯后進入光調制解調器，最后的測量值輸入分析計算機進行數據分析，對橋梁的健康狀況實時的監測。
權利要求
1.一種光纖光柵測力計錨索應力傳感器，主要包括環形彈性體、六個光纖光柵應力傳感器、兩個光纖光柵溫度傳感器，其特征在于光纖光柵應力傳感器和光纖光柵溫度傳感器采用無膠化封裝技術制備；光纖光柵應力傳感器和光纖光柵溫度傳感器和環形彈性體采用激光點焊的方式附著，光纖光柵溫度傳感器焊接的方向垂直于環形彈性體承受的應力方向。
2.如權利要求1所述的一種光纖光柵測力計錨索應力傳感器，其特征在于光纖光柵應力傳感器和光纖光柵溫度傳感器的無膠化封裝結構包括光纖光柵、金屬片，光纖光柵表面有金屬鍍層，并有金屬焊點將光纖光柵和金屬片焊接在一起。
3.如權利要求1所述的一種光纖光柵測力計錨索應力傳感器，其特征在于六個光纖光柵應力傳感器均勻的分布在環形彈性體的外表面和內表面，通過激光電焊機焊接，焊接方向平行于環形彈性體承受的應力方向。
4.如權利要求1所述的一種光纖光柵測力計錨索應力傳感器，其特征在于兩個光纖光柵溫度傳感器分別位于環形彈性體的外表面和內表面，對本錨索應力測量系統進行溫度補償。
全文摘要
本發明是一種光纖光柵測力計錨索應力傳感器，主要包括環形彈性體、若干光纖光柵傳感器用于應變測量和溫度測量，其中光纖光柵傳感器采用無膠化封裝工藝；光纖光柵傳感器和環形彈性體采用激光點焊的方式附著，用于應力測量的光纖光柵傳感器均勻附著在環形彈性體的內側和外側，用于溫度測量的光纖光柵傳感器焊接附著的方向垂直于環形彈性體承受的應力方向。本發明通過無膠化的結構改善光纖光柵傳感性能，不同位置的應力傳感器可反應錨索的受力是否均勻，新型的溫度傳感器的結合方式準確的測量溫度和進行溫度補償。
文檔編號G01L19/04GK1632488SQ20041006148
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月31日 優先權日2004年12月31日
發明者姜德生, 付祥勝, 梁磊, 劉勝春, 南秋明, 張東生 申請人:武漢理工大學