法布里-珀罗无应力大应变传感器的制作方法

1.本发明属于结构应变监测领域，具体涉及一种法布里-珀罗无应力大应变传感器。


背景技术：

2.我国正处于重大基础设施大规模建设和服役期间，为确保土木、水利、交通、能源等基础设施的全寿命安全，需要对结构关键位置应变进行监测。目前电学类和光纤类应变传感器由于其感知元件自身变形率小，如光纤光栅极限应变8000～10000με，光纤极限应变16000με，很难实现超大量程(大于10％)的应变测试。同轴电缆变形率远远大于光纤材料和电阻应变片，可达到20％左右。目前有报道通过在同轴电缆上钻孔或钳压方式制作两个反射点形成法布里-珀罗干涉腔研发同轴电缆法布里-珀罗大应变传感器，应变量程达到17％，该类传感器属于单向不可逆传感器，即传感器在发生大变形时，同轴电缆本身进入塑性阶段，不能弹性恢复，同时在同轴电缆上钻孔或钳压的反射点很容易遭受外界荷载的破坏导致传感器失效。因此，应变传感器具备超大量程和应变可恢复特点对于结构变形重复性测试及传感器自身的耐久性意义重大。


技术实现要素：

3.针对现有大应变传感器的不足，本发明的目的在于提供一种用于结构大应变测试的法布里-珀罗无应力大应变传感器。
4.本发明的技术方案为：一种法布里-珀罗无应力大应变传感器包括同轴电缆(1)，滑槽(2)和金属滑环(3)，其特征在于：同轴电缆(1)两端开槽形成滑槽(2)，金属滑环(3)嵌入滑槽(2)形成阻抗间断反射点，两个金属滑环(3)构成法布里-珀罗反射干涉腔。
5.同轴电缆(1)包括内导体(1-1)，外导体(1-2)和绝缘层(1-3)，在同轴电缆(1)两端部位置的内导体(1-1)和外导体(1-2)之间分别设置两条对称的滑槽(2)，金属滑环(3)嵌入滑槽(2)中形成同轴电缆阻抗间断反射点，两个嵌入到滑槽(2)上的金属滑环(3)形成法布里-珀罗反射干涉腔。
6.所述的滑槽(2)的宽度以契合金属滑环(3)为标准，滑槽(2)的长度根据应变测量量程确定。
7.所述的同轴电缆(1)上可设置多个滑槽(2)，金属滑环(3)嵌入到多个滑槽(2)中，形成多个法布里-珀罗反射干涉腔。
8.本发明的效果和益处是金属滑环固定在结构上，结构发生变形引起金属滑环在同轴电缆的滑槽内自由移动，同轴电缆不产生应力，两个金属滑环形成的法布里-珀罗干涉反射腔的谐振峰频率发生变化，基于谐振峰频率与应变的关系得到结构变形，应变量程可根据滑槽长度任意设定，传感器本身不存在应力疲劳损伤。
附图说明
9.图1为本发明的法布里-珀罗无应力大应变传感器结构示意图。
10.图2为本发明的法布里-珀罗无应力大应变传感器纵截面结构示意图。
11.图3为本发明的多个法布里-珀罗反射干涉腔结构示意图。
12.图4为本发明的法布里-珀罗无应力大应变传感器工作方式示意图。
13.图中：1同轴电缆；2滑槽；3金属滑环；1-1内导体；1-2外导体；1-3绝缘层。
具体实施方式
14.以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
15.附图1为本发明的法布里-珀罗无应力大应变传感器结构示意图。具体实施方式是在同轴电缆1的两端部分别各对称制作两条滑槽2，金属滑环3嵌入滑槽2中。两个金属滑环3在同轴电缆1上作为阻抗间断反射点形成法布里-珀罗干涉反射腔。金属滑环3在滑槽中移动表示同轴电缆1上两个阻抗间断反射点间距发生变化，导致法布里-珀罗干涉反射腔谐振峰频率变化，谐振峰频率与应变成线性关系，基于谐振峰频率计算得到相应的应变值。滑槽2的宽度以契合金属滑环3为标准，滑槽2的长度根据应变量程确定。
16.附图2为本发明的法布里-珀罗无应力大应变传感器纵截面结构示意图。具体实施方式是同轴电缆1包括内导体1-1和外导体1-2，滑槽2处于内导体1-1和外导体1-2之间且在同轴电缆1两个端部对称分布。
17.附图3为本发明的多个法布里-珀罗反射干涉腔结构示意图。具体实施方式是以同轴电缆1上带有4个滑槽2为实施例，同轴电缆1包括由滑槽2和金属滑环3组成的四个阻抗间断反射点，四个阻抗间断反射点中任何两个反射点均可形成法布里-珀罗干涉反射腔，每一个法布里-珀罗干涉反射腔为一个法布里-珀罗无应力大应变传感器，每一个法布里-珀罗无应力大应变传感器的初始标距为该传感器上两个滑槽2之间同轴电缆的长度。本图中a，b，c，d为金属滑环3的标记，可形成传感器的数量为6个，分别记为：ab，ac，ad，bc，bd，cd。ab表示由a，b两个金属滑环3组成的法布里-珀罗干涉反射腔，其它ac，ad等类似表示。
18.附图4为本发明的法布里-珀罗无应力大应变传感器工作方式示意图。具体实施方式是金属滑环3固定在待监测结构上，结构发生变形，固定在结构上的金属滑环3在同轴电缆1的滑槽2内自由移动，金属滑环3之间的相对位置发生变化，引起相应法布里-珀罗反射干涉腔的谐振峰频率发生变化，由预先标定的谐振峰频率与应变的关系系数得到相应的结构应变。
19.以上所述仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种法布里-珀罗无应力大应变传感器，包括同轴电缆(1)，滑槽(2)和金属滑环(3)，其特征在于同轴电缆(1)两端开槽形成滑槽(2)，金属滑环(3)嵌入滑槽(2)形成阻抗间断反射点，两个金属滑环(3)构成法布里-珀罗反射干涉腔。2.根据权利要求1所述的一种法布里-珀罗无应力大应变传感器，其特征在于在同轴电缆(1)两个端部位置的内导体(1-1)和外导体(1-2)之间分别设置两条对称的滑槽(2)。3.根据权利要求2所述的一种法布里-珀罗无应力大应变传感器，其特征在于滑槽(2)的宽度以契合金属滑环(3)为标准，滑槽(2)的长度根据应变测量量程确定。4.根据权利要求3所述的一种法布里-珀罗无应力大应变传感器，其特征在于同轴电缆(1)上可设置多个滑槽(2)，金属滑环(3)嵌入到多个滑槽(2)中，形成多个法布里-珀罗反射干涉腔。

技术总结
本发明公开了一种法布里-珀罗无应力大应变传感器，包括同轴电缆，滑槽和金属滑环。传感器主体为同轴电缆，同轴电缆两端的内外导体层之间设置滑槽，两个金属滑环嵌入滑槽作为两个阻抗间断点形成法布里-珀罗干涉腔，金属滑环移动引起法布里-珀罗干涉频谱的谐振峰变化，谐振峰增量与应变增量成线性传感关系。本传感器在使用时，同轴电缆处于无应力状态，应变量程通过滑槽的长度设定，适合结构大应变测量。适合结构大应变测量。适合结构大应变测量。


技术研发人员：何建平 王晓雪
受保护的技术使用者：大连博瑞鑫科技有限公司
技术研发日：2021.12.29
技术公布日：2022/5/25