光纤光栅表面式应变传感器

一、产品介绍 ：

1. 1. 1  概述：

表面式应变传感器，用于测量结构 的平均应变。该款传感器结构设计简单，安装便捷，仅需几分钟，中 心传感件可更换，并针对检测类需求设计单端快速接口，即插即用， 非常适合户外钢结构应变测试。

1.2  产品原理：

光纤 Bragg  光栅(FBG, Fiber Bragg Grating)由于其结构简单、性 能稳定，已被广泛的应用于各型传感器中。当光经过光纤 Bragg  光栅时，满足 Bragg  相位匹配条件的光会 被反射回来；对不满足 Bragg  相位匹配条件的光，几乎全部会被投 射出去。并且其传感特性会随着周围环境的变化而变化，利用光纤光栅对温度、压力的敏感特性，可制成各型温度、压力传感器。

图 1.2. 1  光纤 Bragg  光栅的基本传感原理

基于光纤光栅的传感原理可知，光纤光栅的信号是波长编码的信号，但在实际应用中，光纤光栅传感器主要是用于测量温度、应力等 物理量，就需要将这些物理量转变为波长信号。由耦合模理论可知：当满足相位匹配条件时，光栅的谐振波长为：

入B  = 2nef

式中

入B          ——光纤光栅的谐振波长；

nef          ——光线光栅传播模式的有效折射率；

            ——光栅周期；

其中任何一个参量的改变，都会引起光纤光栅谐振波长发生偏移。由此，可以得出光纤 Bragg  光栅谐振波长的偏移量入B  为：

入B  = 2nef   +2nef

当光纤光栅受到的外界应力或者环境温度发生变化时，引起nef和  的变化，应力变化通过弹光效应进而引起了光纤光栅谐振波长的偏 移，通过光谱仪或者光电检测系统，检测出谐振波长的偏移量，就可 通过相应算法计算出相应的应力、温度的变化量。

图1.2.2 ：ZX-FBG-S01A  光纤光栅表面式应变传感器

1.3    产品优势：

(1) 安装、布设简便、性能稳定、抗疲劳、耐久性强、抗电 磁干扰；

(2) 内部光纤感知区采用悬空封装，长期零点稳定、温度漂 移小、焊接操作简便、动态特性良好；

(3) 尾部传输线采用耐腐蚀 PE  披覆铠装光缆，具有优异的 耐温和耐腐蚀性能。

二、主要技术参数：

1.  名称：高耐久性表面式光纤光栅GFRP应变传感器
2.  光纤数量：1或2
3. 3.量程：- 1500~3000c
4. 4.  分辨率： ±1c
5. 测量精度：0.5%F.S
6.  应变系数：0.8pm/ c
7.  线性度：99.9%
8. 重复性误差：≤0.5%
9.  中心波长：1528~ 1568nm
10. 反射率： ≥90%
11. 标距尺寸：80mm~1000mm
12.  应用对象：钢结构、混凝土
13.  安装方式：焊接或螺栓拧接
14.  连接方式：FC/APC
15.  工作温度范围：-30℃~+80℃
16.  用途：钢结构和混凝土结构表面应变测试

三、安装步骤：

3. 1 注意事项：

表面式光纤光栅应变传感器属于高精度测量产品，在运输、使用、安装过程中注意轻拿轻放，切忌硬拉硬拽或撞击 敲打，以免损坏或影响传感器的精度及稳定性。ZX-FBG-S01A 表面式光纤光栅应变传感器虽可适应恶劣环境， 在使用时应注意避免超过测量范围，同时应避免传感器长期在强酸、 强碱的环境下工作。

3.2  初始检验:

光纤光栅传感器安装前，首先需检测外观是否完整、有无破损， 然后将其连接到解调仪上，查看是否有波长数据正常输出，待数据稳 定后，检查波长与相关参数设置是否接近，检测无误后可安装应用。传感器的量程为 3000 微应变左右，张拉传感器两端时显示的波 长读数增加，但不能在两端拉伸过大，避免损坏传感器。

3.3  传感器安装:

目前传感器的安装有两种方式：一、混凝土表面传感器安装方法；二、钢结构表面传感器安装方法。

(1) 混凝土表面传感器安装方法

1、图 3.3. 1 是安装辅助杆，用于辅助传感器支座的安装，确保传感器支座在同一直线上，同时确定两支座的间距；

图 3.3. 1    安装辅助杆

2、将辅助杆穿入两传感器支座内部，调节距离，辅助杆一端顶住 支座，另一端与支座齐平，如图 3.3.2 所示；  (支座螺母为防松螺母，此时不能拧紧)

图 3.3.2  支座安装示意图

3 、   将两块安装钢板按图 3.3.3 要求进行放置，将双头螺柱紧固在 安装钢板螺纹孔处，然后将图 3.3.2 所示的传感器支座整体安放 在两块安装钢板上，分别在传感器支座左右两侧进行焊接，焊缝 长度需大于 1cm；

图 3.3.3  支座焊接示意

4、将图 3.3.3 所示安装好的部件安放在墙体上，在安装钢板 A、B、C 、D 孔位对应的墙体上钻孔，钻孔直径需与自选的膨胀螺栓相 匹配。用膨胀螺栓将安装钢板与墙体紧固。

5、紧固完成后将辅助杆取出，再将传感器安装进支座内，如图 3.3.4 所示，调整位置后，利用扳手将支座螺母完全拧紧。如果安 装时感觉基座孔较紧，可以采用图 3.3.5 中的楔子来扩孔，从而辅助传感器安装。

图 3.3.4  传感器安装示意图

图 3.3.5  楔子辅助安装

6 、如图 3.3.6 所示，将保护罩盖上，并用螺母进行紧固。

图 3.3.6  保护罩安装效果图

(2) 钢结构表面传感器安装方法

1 、图 3.3. 1 是安装辅助杆，用于辅助传感器支座的安装，确保传感器支座在同一直线上，同时确定两支座的间距；

2 、 将辅助杆穿入两传感器支座内部，调节距离，辅助杆一端顶住支座，另一端与支座齐平，如图 3.3.2 所示；  (支座螺母为防松螺母，此时不能拧紧)

3 、 将图 3.3.2 所示的传感器支座整体安放在安装钢板上，如图3.3.7 所示，分别在传感器支座左右两侧进行焊接，焊缝长度需大于 1cm；

图 3.3.7  支座焊接示意图

4 、 将辅助杆取出，再将传感器安装进支座内，如图 3.3.8 所示，调整位置后，利用扳手将支座螺母完全拧紧。如果安装时感觉基 座孔较紧，可以采用图 3.3.5 中的楔子来扩孔，从而辅助传感器安装。

图 3.3.8  传感器安装示意图

5 、    如图 3.3.9 所示，将带“耳朵”的保护罩盖上，并在耳朵侧边进行焊接。

图 3.3.9  保护罩安装效果图