CN214276823U - 一种复合材料用光纤光栅应变传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的技术方案是这样实现的：一种复合材料用光纤光栅应变传感器，其特征在于：包括传感器本体以及用于安装传感器本体的复合材料基底，所述复合材料基底的材料与被测复合材料相同；本实用新型的有益效果是：传感器埋入复合材料后不会对材料本身造成影响，且可以保持预拉状态，保证了传感器的测量范围和准确度。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤光栅应变传感器技术领域，尤其是一种复合材料用光纤光栅应变传感器。
背景技术
复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料。一般定义的复合材料需满足以下条件：
(i)复合材料必须是人造的，是人们根据需要设计制造的材料；
(ii)复合材料必须由两种或两种以上化学、物理性质不同的材料组分，以所设计的形式、比例、分布组合而成，各组分之间有明显的界面存在；
(iii)它具有结构可设计性，可进行复合结构设计；
(iv)复合材料不仅保持各组分材料性能的优点，而且通过各组分性能的互补和关联可以获得单一组成材料所不能达到的综合性能。
复合材料是一种混合物。在很多领域都发挥了很大的作用，代替了很多传统的材料。复合材料的主要应用领域有：①航空航天领域。由于复合材料热稳定性好，比强度、比刚度高，可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼和外壳、大型运载火箭的壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。②汽车工业。由于复合材料具有特殊的振动阻尼特性，可减振和降低噪声、抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。③化工、纺织和机械制造领域。有良好耐蚀性的碳纤维与树脂基体复合而成的材料，可用于制造化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等。④医学领域。碳纤维复合材料具有优异的力学性能和不吸收X射线特性，可用于制造医用X光机和矫形支架等。
光纤光栅传感器(Fiber Grating Sensor)属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格(Bragg)波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。光纤光栅传感器可以实现对温度、应变等物理量的直接测量。
近年来，复合材料的应用较为广泛，在在复合材料结构的应变监测中，通常需要将应变传感器埋入材料中，现有的光纤光栅应变传感器以金属基底居多，金属基底本身不利于和复合材料相结合，且会影响材料本身的力学性质；目前埋入复合材料的光纤应变传感器以裸光栅为主，未经封装的光纤光栅无法保持预拉状态，且容易受到破坏，埋入后对负(压)应变的测量范围小，准确度低，无法满足对复合材料结构的应变监测。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种复合材料用光纤光栅应变传感器，用以解决上述背景技术中的问题。
本实用新型的技术方案是这样实现的：一种复合材料用光纤光栅应变传感器，其特征在于：包括传感器本体以及用于安装传感器本体的复合材料基底，所述复合材料基底的材料与被测复合材料相同。
优选为：所述传感器本体包括固定端、活动端和光纤光栅，所述光纤光栅连接固定端和活动端，所述复合材料基底上对应固定端设置有固定槽、活动端设置有活动槽，所述固定端安装在固定槽内，所述活动端安装在活动槽内且可沿靠近或远离固定端方向移动。
优选为：所述固定端和活动端均为金属片，所述固定端和活动端上均开设有用于连接固定光纤光栅的凹槽以及容纳光纤光栅且供光纤光栅通过的凹槽，所述光纤光栅两端封装固定在金属片的凹槽内，且两个凹槽内的光纤光栅固定点之间的距离为应变传感器的有效应变长度。
优选为：所述传感器本体与复合材料基底可拆卸连接。
优选为：所述固定端和活动端均通过固定机构可拆卸分别安装在固定槽内，以固定槽为例：所述固定机构包括分别设于固定槽相对两侧壁上的卡扣件和定位件，所述卡扣件朝向定位件的一端设置为弹性部；所述金属片两端侧壁的底部固定有限位块，且金属片两端的限位块分别位于定位件和卡扣件弹性部的下端。
优选为：所述固定机构还包括从上端压住固定端避免其脱离固定槽的压扣件。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型通过复合材料基底的设置，复合材料基底性质与被测复合材料结构相同，埋入后不会对材料本身造成影响，且可以保持预拉状态，保证了传感器的测量范围和准确度。
(2)在安装前，调整活动端在活动槽内的位置，保证光纤光栅处于预拉状态，且在使用过程中，可调整活动端在活动槽内的位置机械能调节校准，在安装前和使用过程中均可进行校准，能够保证传感器长期使用的稳定性。
(3)在安装时传感器本体时，以固定端为例，首先将固定端的一端插入定位件下端并抵住压板挤压弹簧，将另一端向下按压至与卡扣件的弹性部接触，继续向下压动使弹性部变形，直至到弹性部下端，弹性部回位，限制固定端脱出固定槽，实现对固定端的固定安装，同理，在拆卸时，将弹性部挤压变形，然后将固定端取出；将传感器本体设置成可拆洗，便于对复合材料基底或传感器本体的更换，避免需要对不同的复合材料进行检测或传感器本体损坏时造成浪费，适用范围广；采用该种固定以及拆卸的方式，使得传感器本体稳固地固定于固定槽内内，同时减少安装和拆卸时的磨损，减少传感器本体脱离固定槽时造成固定槽侧壁的刮伤，避免使用者多次更换造成损坏，避免对传感器本体造成损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型具体实施方式的结构示意图；
图2为本实用新型具体实施方式中固定端的组装示意图；
图3为本实用新型具体实施方式中固定端的组装完成示意图；
图中示例为：1、复合材料基底，2、固定端，3、活动端，4、固定槽，5、活动槽，6、凹槽，7、光纤光栅，8、固定机构，81、卡扣件、811、弹性部，82、定位件，83、限位块，84、弹簧，85、压板。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实用新型公开了一种复合材料用光纤光栅7应变传感器，其特征在于：包括传感器本体以及用于安装传感器本体的复合材料基底1，所述复合材料基底1的材料与被测复合材料相同。
通过上述技术方案，通过复合材料基底的设置，复合材料基底性质与被测复合材料结构相同，埋入后不会对材料本身造成影响，且可以保持预拉状态，保证了传感器的测量范围和准确度。
在本实施例中，所述传感器本体包括固定端2、活动端3和光纤光栅7，所述光纤光栅7连接固定端2和活动端3，所述复合材料基底1上对应固定端2设置有固定槽4、活动端3设置有活动槽5，所述固定端2安装在固定槽4内，所述活动端3安装在活动槽5内且可沿靠近或远离固定端2方向移动。
通过上述技术方案，在安装前，调整活动端在活动槽内的位置，保证光纤光栅处于预拉状态，且在使用过程中，可调整活动端在活动槽内的位置机械能调节校准，在安装前和使用过程中均可进行校准，能够保证传感器长期使用的稳定性。
在本实施例中，所述固定端2和活动端3均为金属片，所述固定端2和活动端3上均开设有用于连接固定光纤光栅7的凹槽6以及容纳光纤光栅7且供光纤光栅7通过的凹槽6，所述光纤光栅7两端封装固定在金属片的凹槽6内，且两个凹槽内的光纤光栅固定点6之间的距离为应变传感器的有效应变长度，在本实施例中，采用光纤焊料将光纤光栅封装固定在金属片的凹槽内；在本实施例中传感器本体通过胶粘剂固定在复合材料基底上。
实施例2
如图2和图3所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：在本实施例中，所述传感器本体与复合材料基底1可拆卸连接；在本实施例中，所述固定端2和活动端3均通过固定机构8可拆卸分别安装在固定槽4内，以固定槽4为例：所述固定机构8包括分别设于固定槽4相对两侧壁上的卡扣件81和定位件82，所述卡扣件81朝向定位件82的一端设置为弹性部811；所述金属片两端侧壁的底部固定有限位块83，所述限位块83与固定槽4的两端侧壁间隙设置，且金属片两端的限位块83分别位于定位件82和卡扣件81弹性部811的下端；所述固定机构8还包括从上端压住固定端2避免其脱离固定槽4的压扣件(图中未示出)。
除此之外，在本实施例中，所述固定槽4和活动槽5底部均设置有复合材料垫层，且定位件82下端设置有弹簧84和压板85，弹簧84横向设置且一端固定在固定槽4侧壁上，压板85固定在弹簧84的另一端。
通过上述技术方案，在安装时传感器本体时，以固定端为例，首先将固定端的一端插入定位件下端并抵住压板挤压弹簧，将另一端向下按压至与卡扣件的弹性部接触，继续向下压动使弹性部变形，直至到弹性部下端，弹性部回位，限制固定端脱出固定槽，实现对固定端的固定安装，同理，在拆卸时，将弹性部挤压变形，然后将固定端取出；将传感器本体设置成可拆洗，便于对复合材料基底或传感器本体的更换，避免需要对不同的复合材料进行检测或传感器本体损坏时造成浪费，适用范围广；采用该种固定以及拆卸的方式，使得传感器本体稳固地固定于固定槽内内，同时减少安装和拆卸时的磨损，减少传感器本体脱离固定槽时造成固定槽侧壁的刮伤，避免使用者多次更换造成损坏，避免对传感器本体造成损坏。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种复合材料用光纤光栅应变传感器，其特征在于：包括传感器本体以及用于安装传感器本体的复合材料基底，所述复合材料基底的材料与被测复合材料相同；所述传感器本体包括固定端、活动端和光纤光栅，所述光纤光栅连接固定端和活动端，所述复合材料基底上对应固定端设置有固定槽、活动端设置有活动槽，所述固定端安装在固定槽内，所述活动端安装在活动槽内且可沿靠近或远离固定端方向移动。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料用光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述固定端和活动端均为金属片，所述固定端和活动端上均开设有用于连接固定光纤光栅的凹槽以及容纳光纤光栅且供光纤光栅通过的凹槽，所述光纤光栅两端封装固定在金属片的凹槽内，且两个凹槽内的光纤光栅固定点之间的距离为应变传感器的有效应变长度。
3.根据权利要求1或2所述的一种复合材料用光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述传感器本体与复合材料基底可拆卸连接。
4.根据权利要求2所述的一种复合材料用光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述固定端和活动端均通过固定机构可拆卸分别安装在固定槽内，以固定槽为例：所述固定机构包括分别设于固定槽相对两侧壁上的卡扣件和定位件，所述卡扣件朝向定位件的一端设置为弹性部；所述金属片两端侧壁的底部固定有限位块，且金属片两端的限位块分别位于定位件和卡扣件弹性部的下端。
5.根据权利要求4所述的一种复合材料用光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述固定机构还包括从上端压住固定端避免其脱离固定槽的压扣件。
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