绞合式光纤应变传感器

在土木工程材料或结构关键部位埋入光纤传感器，探测其在加工、成型及使用的动态过程中内部物理状态的变化，并对材料与结构因各种原因造成的变形、裂纹、层解等损伤进行实时安全监测，此即近年来倍受重视的光纤机敏建筑材料与结构I1.用于工程结构安全监测的光纤传感器，其结构的选择极重要干涉传感器精度篼，但信号检测与处理复杂，且要隔离臂；而传统强度型微弯传感器须外加变形装置，两者都不理想。作者曾研究过一种可用于机敏材料结构的刻纹光纤传感器，a为纤芯半径，为！/阶修正的贝塞尔函数，K为归一化频率利用关系不大，传感器螺旋线螺距咖只影响传感器的初始光功率损耗值2实验与结果用三根普通多模光纤（62.5/125Mm）相互缠绕（用多根光纤其目的一是在有光纤断裂时有备用，二是可同时监测每根光纤光功率以试验传感器可靠性）成绞合型光纤应变传感器，其螺旋线初始螺距办为8mm，用胶保护后的光纤传感器分别在钢筋上作拉应变、在混凝土上作压应变实验，钢筋试件为级钢制成的标准拉伸试件，传感器与电阻应变片平行粘贴在试件表面，试验在lt万能材料试验机上进行。混凝土试件采用强度等级分别为C40，C60，C80的标准棱柱体100mmxl00mmx200mm传感器与电阻应变片平行粘贴在混凝土试件的表面，试验在lt万能材料试验机上进行在以上试验中，光功率的变化由光功率计读出，试件上的应变由电阻应变仪给出，钢筋拉应变与混凝土压应变的试验结果分别见，。
　　由，可见，如同理论分析所预期的那样，随钢筋试件所受拉应变增加，传感器输出功率线性地上升；随混凝土试件所受压应变加，传感器输出功率线性地下降。无论拉或压应变，绞合光纤应变传感器输出功率都有明显变化，且与试件所受应变呈良好的线性关系。表明传感器的灵敏度高、线性好。在以上拉压实验中同时监测三光纤输出，结果显示三光纤输出光功率误差不超过3%，另外，还对钢筋试件进行了多达20次的加、减拉应变的重复性试验，在这20次重复试验中，各应变值处的光功率损耗的相对误差平均为2.7%，最大不超过4.5%，以上混凝土试件上压应变实验结果钢筋试件上拉应变实验结果结果说明绞合光纤应变传感器的可靠性高、重复性好、无迟滞现象。我们也试验了绞合光纤应变传感器的温度敏感特性，发现当温度从lC加到120C以上时，光纤中光功率无明显变化，说明该传感器的温度稳定性也是非常好的。