本發(fā)明屬于光纖光柵傳感技術領域，特別涉及一種檢測構件表面二維應變的光纖光柵應變片，其結構由金屬彈性薄片基底和布拉格光纖光柵組成，以實現構件表面的二維應變檢測。

背景技術：

電阻應變片是用于應變檢測的電子元件。它能將機械構件上應變變化轉換為電阻變化，是工程結構或部件試驗中應變檢測的傳統(tǒng)電子敏感元件。電阻應變片有多種形式，常用的有絲式和箔式。目前，應用最為廣泛的是以各種應變電阻合金箔為敏感柵的金屬箔式應變片，它有制作方便、價格便宜、使用簡便、檢測可靠的優(yōu)點，所以被廣泛應用于工程結構或部件的應變檢測。但是，這種以金屬箔式電阻應變片為代表的電式傳感器在應變檢測領域有明顯不足之處，例如，在進行易燃易爆場合的應變檢測時，電類傳感器中產生的電火花容易引起燃爆，因而無法使用。

光纖光柵是最近幾年發(fā)展最為迅速的光纖無源器件之一，自從1978k.o.hill年等人首先在摻鍺光纖中采用駐波寫入法制成世界上第一只光纖光柵以來，由于它具有許多獨特的優(yōu)點，因而在光纖傳感檢測領域取得了廣泛的應用。以光纖光柵為敏感單元的檢測器件相比傳統(tǒng)電類檢測器件有很多的優(yōu)點，比如抗電磁干擾、體積小、重量輕、結構簡單等。事實上光纖光柵己成為目前最有前途、最具有代表性的光纖傳感檢測器件之一，它極大地拓寬了傳感技術的應用范圍，檢測精度高，可以用于易燃易爆場合的檢測。

光纖光柵應變片由布拉格光纖光柵和金屬彈性薄片基底組成，這種光纖光 柵應變片相比金屬箔式應變片在易燃易爆場合有明顯的技術優(yōu)勢，但是，這種光柵應變片只可在主應變方向己知的情況下進行一維軸向應變檢測，也可對二維平面上的主應變方向和大小進行檢測。本發(fā)明采用由星形金屬彈性薄片基底結構和布拉格光纖光柵組成的光纖光柵應變片，來滿足二維應變檢測的需要。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于解決電阻應變片在易燃易爆場合的局限性的問題，提供一種星形光纖光柵應變片的設計方案，能對待測構件表面進行二維應變檢測。

為實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

用于待測構件表面二維應變檢測的星形光纖光柵應變片，以星形金屬彈性薄片作為基底，和二維布局的布拉格光纖光柵組成，如圖1所示。

所述的金屬彈性薄片基底盡量選用與待測構件表面機械性能相匹配的材料，以減少應變片的檢測誤差。該金屬彈性薄片基底e的厚度為1.5mm至2mm，形狀為星形，該金屬彈性薄片基底有三個測軸，三個測軸的長度均為25mm，角度兩兩互為120度，三個測軸的寬度均為4mm，每個測軸中間刻一道1mm寬、0.5mm深的光纖光柵安裝槽，安裝槽長度為18mm。a點為該金屬彈性薄片基底的幾何中心，與b、c、d三點一起用來作為焊點固定安裝光纖光柵應變片。

所述的布拉格光柵1(fbg1)、布拉格光柵2(fbg2)和布拉格光柵3(fbg3)需使用膠粘技術固定在星形金屬彈性薄片基底上，fgb1的膠粘點為a點和b點，fgb2的膠粘點為c點和d點，fgb3的膠粘點為e點和f點。

所述的fbg1、fbg2和fbg3在進行固定時，須有適當的拉伸，以保證fbg能檢測構件的雙向應變。

所述的fbg1、fbg2和fbg3須選用不同特征波長的fbg，在制作光纖光柵應變片時這三個fbg應采用串聯方式。

所述的星形光纖光柵應變片在對待測構件表面進行應變測量前應通過螺柱焊技術將星形光纖光柵應變片固定在待測構件表面。

本發(fā)明是一種能對構件表面二維應變進行檢測的應變檢測器件。本發(fā)明應變片具有靈敏度高、本質安全、重量輕、體積小、便于成網等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的星形光纖光柵應變片結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合圖1，對本發(fā)明作進一步說明。

本發(fā)明是一種能對構件表面二維應變進行檢測的星形光纖光柵應變片，具體實施步驟如下：

步驟一：制作光纖光柵應變片

將處理好的星形金屬薄片基底平放在加工平臺上，再把準備好的布拉格光柵如圖用膠粘工藝進行固定，固定時布拉格光柵1、布拉格光柵2和布拉格光柵3應有適當的拉伸，以保證應變片能感受構件的雙向應變。

步驟二：固定光纖光柵應變片

采用螺柱焊技術焊接a、b、c、d四個點將光纖光柵應變片固定在構件表面。

步驟三：通過監(jiān)測光纖光柵特征值的變化可以得出三個測軸方向的應變，再通過應力圓的分析和計算可以算出待測構件表面主應變及其方向，以實現測量待測構件表面應變的目的。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明是一種能進行構件表面二維應變檢測的光纖光柵應變片，屬于光纖光柵傳感技術領域，用于解決電阻應變片在易燃易爆場合的局限性的問題。它是由星形金屬彈性薄片基底和三個布拉格光柵組成的，這三個特征波長不相同的布拉格光柵彼此串聯采用膠粘工藝固定在星形金屬薄片基底的三個測軸上。應用時需將光纖光柵應變片通過螺柱焊技術使之固定在待測構件表面。通過監(jiān)測光纖光柵特征值的變化可以得出三個測軸方向的應變，再通過應力圓的分析和計算可以算出待測構件表面主應變及其方向，以實現測量待測構件表面應變的目的。本發(fā)明具有靈敏度高、本質安全、重量輕、體積小的優(yōu)點。

技術研發(fā)人員：劉月明;顧天文;嚴紅梅
受保護的技術使用者：中國計量學院
技術研發(fā)日：2016.03.22
技術公布日：2017.09.29