高耐久性表面式光纤光栅GFRP应变传感器

1.1 概述：
ZX-FBG-S01A 是一款常规型表面式应变传感器，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。

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：

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 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。

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. 量程：-1500~3000 με
4. 分辨率：±1 με
5. 测量精度：0.5%F.S
6. 应变系数：0.8pm/ με
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：
ZX-FBG-S01A 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；

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；

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。

（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

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。

安装注意点：
1、焊接时不可将传感器中心件安装在支座内，避免高温造成内部元件损坏；
2、支座螺母为防松螺母，不可重复使用，未完全安装结束前切勿拧紧螺丝。

3.3 光缆连接:
传感器和光缆接头应采取相印的保护措施，使其免受机械损伤，建议根据现场实际情况用角钢或槽钢加工成盖板扣在传感器顶部。

安装好的光缆每隔一定距离应当以线扣或扎带进行固定，以保证光缆走线整齐不松散为准，一般间隔 1.5 米固定一次，并将光缆穿入软管内进行二次保护，软管尽量放置在安全区域。

每个传感器安装后都应采集初始波长读数，以供后期对照，但传感器安装后存在徐变过程，因此建议安装 2-3 天后再进行采集。应变传感器需配备温度传感器进行温度补偿，补偿温度变化所导致的波长变化，从而剔除掉温度的影响。

法兰盘连接：一般用于 1 至 3 个光栅传感器串联、传输距离较短的情况下使用，直接将传感器的 FC/APC 接头与法兰盘对接，然后旋紧螺帽即可。对接过程中应该注意，FC/APC 接头上的卡栓与法兰盘上的凹槽位置相对应。

熔接方式：此种方式一般用于传感器布设数量较多，传输光缆距离较长的情况下使用。建议由专业的光纤维修工或熟练技工完成。

注意：光纤在熔接前，要将光缆的 FC/APC 头接入解调仪，确保该传感器的波长正确及损耗在合理范围内，否则，需检查光缆通道，排查问题后，方可将该传感器尾纤熔接到通道光缆。