GFSF型光纤光栅表面应变计

作者：张俊　　文章来源：葛南仪器　　关键词：GFSF,光纤,光栅,表面,应变计,用途,GFSF,光纤,光

1用途

GFSF型光纤光栅表面应变计主要用于测试各种混凝土结构的应变。现场安装时先将底座固定在混凝土

表面，然后通过螺母将传感器方便地固定在底座上，也可以采用焊接的方式实现对大型钢结构表面的测

试，既可以进行长期监测，又可以在短期监测完成后重复使用。

光纤光栅应变传感器采用非胶封装工艺，与同类产品相比，具有精度高、灵敏度高、寿命长等优点，可

与其他类型的光纤光栅传感器组成全光监测网。

2规格及主要技术参数

3结构及工作原理

3.1结构

   VGFSF型光纤光栅表面应变计由应变计、安装夹具、信号传输电缆等组成。

3.2工作原理

当被测结构物发生变形时，将带动表面应变计产生变形，变形通过前、后端座传递给振弦转变成振弦应力

的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装

置，即可测出引起被测结构物变形的应变量。同时可同步测出布设点的温度值。

3.3计算方法：

  a)当外界温度恒定表面应变计仅受到轴向变形时，其应变量ε与输出的频率模数△F具有如下线性关系：            

ε= k△F

△F = F - F₀

式中：k — 表面应变计测量应变量的最小读数，单位为10^-6/F；

    　△F — 表面应变计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为F；

      F — 表面应变计的实时测量值，单位为F；

      F₀ — 表面应变计的基准值，单位为F。

  b)当表面应变计不受外力作用时(仪器两端标距不变)，而温度增加△T时，表面应变计有一个输出量△F´，这

个输出量仅仅是由温度变化而造成的，因此在计算时应给以扣除。

实验可知△F´与△T具有如下线性关系：

ε´= k△F´+ b△T = 0

k△F´= - b△T

△T = T - T₀

式中：b — 表面应变计的温度修正系数，单位为10^-6/℃；

    　△T — 温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃；

      T — 温度的实时测量值，单位为℃；

      T₀ — 温度的基准值，单位为℃。

  c)布设在混凝土结构物或其它结构物表面的表面应变计，受到的是变形和温度的双重作用，此时的温度修正

系数应为表面应变计的温度修正系数与结构物的线膨胀系数之差，因此表面应变计一般计算公式为：

εm = k△F + b´△T = k (F - F₀) + (b-α)(T - T₀) + B

式中：εm — 被测结构物的应变量，单位为10^-6；

       α — 被测结构物的线膨胀系数，单位为10^-6／℃。

       B — 计算修正值，单位为10^-6（有时可忽略不计）。

4埋设与安装

4.1表面应变计的埋设与安装

用于钢结构：首先将配好对的夹具装上安装试棒，装配好后的两夹具锁紧螺钉孔距应为100mm。用装有安装

棒的夹具在需要测量的部位定位，电焊在此处。冷却后，抽出安装试棒。

用于临时测量的表面应变计一般是用胶粘贴，首先将需要粘贴的部位去毛打平，将装有安装试棒的夹具底面四

周涂上快速环氧胶，中间点上少许502胶水，之后粘贴在测量部位上，加压力3分钟左右即可松手，10分钟左右

即可粘贴牢固。

抽出安装试棒，将表面应变计(已接长电缆)从夹具一端放入，直到应变计没有电缆的一端与夹具外边沿平齐为止。表

面应变计安装时应根据设计要求调整测量范围，接上读数仪后观察读数基本稳定(若不稳定可缓慢旋转直至稳定)，拧

紧锁紧螺钉。在仪器的后端座上(没有电缆的一端)有一个M6的螺孔，可用M6螺杆进行拉、压调整。调整时先将有电

缆一端的夹具拧紧，松开夹具另一端，进行拉、压调整。调整完成后将夹具拧紧并拧下螺杆，最后安装保护罩，同时

将电缆按设计走向固定好。

4.2注意事项

    表面应变计安装定位后应及时测量仪器初值，根据仪器编号和设计编号作好记录并存档，严格保护好仪器的引出电缆。