RGX-BYBJ-03000表面應變計詳細介紹
目前，在橋梁等鋼結構表面應力監(jiān)測領域，光纖光柵應力應變監(jiān)測技術已經(jīng)應用的越來越廣泛。但隨著該產(chǎn)品的推廣應用，越來越多的技術問題開始顯現(xiàn)，主要有如下問題：
首先，是FBG應變計的零點穩(wěn)定性。因為應變計在安裝到鋼結構表面以后，在沒有應力變化的情況下，應變計的零點應該是不動的，也即不能放發(fā)生零點漂移。否則后面的應力監(jiān)測就沒有基準點了。
其次，是FBG應變計的溫度補償問題。鋼結構或橋梁監(jiān)測通常屬于健康監(jiān)測領域，健康監(jiān)測的時間可能要持續(xù)幾十年乃至上百年。那么安裝到鋼結構表面的FBG應變計不可必免的要受溫度影響。而FBG應變計對溫度和應力交叉敏感是行業(yè)內(nèi)眾所周知的問題，那么如何做到FBG應變計只監(jiān)測應力變化，而把溫度對應變計的影響干凈利索的剔除掉，就成了光纖光柵行業(yè)內(nèi)的難題。而FBG技術如果解決不了這一難題，那就談不上長期健康監(jiān)測，只能做幾個小時以內(nèi)的監(jiān)測，因為幾個小時內(nèi)溫度變化不大，對應變計影響也很有限。
一、 影響FBG應變計的零點穩(wěn)定性主要有兩個因素：
第一、應變計的安裝方式
第二、應變計的封裝方式
那么國內(nèi)同行業(yè)的公司，是如何解決這兩個問題的呢？
目前，同行業(yè)的公司，對于應變計的安裝方式基本上有以下三種：
①、 膠粘，就是把應變計直接用膠粘貼到鋼結構表面。因為膠很容易很產(chǎn)蠕變等問題，易導致中心波長的漂移。所以使用膠粘應變計，不能保證應變計的中心波長的長期穩(wěn)定性。而且用膠粘的應變計，時間長了，很容易從鋼結構表面脫落，做短期施工監(jiān)測還行。
②、 焊接底座，然后把應變計通過螺母鎖緊在底座上。此種安裝方式經(jīng)過幾個月以后，在溫度的熱熱脹冷縮人作用下，螺母的預緊力會慢慢降低而引起應變計松動，從而導致中心波長的漂移。
③、 點焊，就是把應變計的底部做到0.5mm左右的片狀，直接用儲能式點焊機點焊到鋼結構表面。由于儲能式點焊機的每一次放電能量不均勻，會引起應變計底部的焊接強度不同，那么每一只應變計的焊接強度都不一樣，就會導致每一只應變計的應變系數(shù)不同，如果安裝的一批應變計應變系數(shù)差導性很大，就不能用一個應變系數(shù)來表征，也就不能實現(xiàn)應力監(jiān)測，或者勉強用一個平均系數(shù)來表征，那么誤差會非常大。無法達到準確監(jiān)測應力的要求。
目前，同行業(yè)公司的應變計是如何封裝的呢？目前，在行業(yè)內(nèi)FBG應變
計大部分都是膠基封裝，也就是直接把光纖光柵用膠粘貼到金屬表面。因為膠具有長期蠕變性，此種封裝方式時間一種，極易引起中心波長的漂移。而且膠基封裝的應變計的溫度特性也不好。溫度特性包括溫度線性度、溫度重復性和溫度系數(shù)的一致性。
北京瑞格星是如何解決影響應變計的零點穩(wěn)定性的兩個問題呢？
第一：瑞格星的應變計的安裝方式是直接將應變計用電焊機焊死到鋼結構表面。中間沒有任何底座、螺母等傳遞元件。實踐證明，這種直接焊死的安裝方式確實保證了應變計的零點穩(wěn)定性。
第二：瑞格星的應變計采用無膠封裝技術，將光纖光柵直接用低溫玻璃焊接到應變基體上，從而保證了應變計的零點穩(wěn)定性。
二、 關于FBG應變計的溫度補償問題
眾所周知，FBG應變計對應力和溫度雙重敏感，當FBG應變計安裝于野外橋梁的鋼結構表面時，在長期監(jiān)測時FBG應變計同時受到溫度和橋梁應力的影響。那么，如何把應變計的中心波長變化量里面把溫度所帶來的影響剔除掉，已經(jīng)成為光纖光柵行業(yè)內(nèi)的難題。
在全國的眾多的能提供光纖光柵產(chǎn)品的公司中，在土木行業(yè)所做的監(jiān)測項目比較多，但真正能夠做到長期健康監(jiān)測的可以說是沒有幾個。究其原因，主要是溫度補償技術做的不過關。現(xiàn)在，絕大部分公司所采用的溫度補償技術，主要還是在應變計旁邊放一只溫度計，通過溫度計測量出環(huán)境溫度，通過應變計的溫度系數(shù)，線性的換算出溫度對應變計的影響，從而在應變計的中心波長里面把溫度所帶來的中心波長變化量去除掉。這種補償技術，所能達到的補償精度通常大于200pm，其原因主要有以下幾條：
1、 光纖光柵應變計的溫度系數(shù)比較大，而且離散度也比較大。所謂離散度指的是溫度系數(shù)的變化范圍。現(xiàn)在市場上的應變計的溫度系數(shù)大概為20pm/℃，而離散度大概為10 pm/℃～30 pm/℃，以上這兩個數(shù)據(jù)指的是應變計安裝于鋼結構表面所測得的。因為離散度比較大，而應變計在做溫度補償時，只能采用一個平均的溫度系數(shù)，所以造成每一只應變計的補償精度不理想。
2、 光纖光柵溫度計測量溫度時有一定的誤差，一般在±1℃左右，那么把這種溫度測量誤差引入到補償系統(tǒng)里面，就是進一步增加溫度補償誤差，降低補償精度。
3、 光纖光柵應變計的溫度系數(shù)線性度非常差，目前市場上的應變計的應變系數(shù)線性度大概在R²>0.999～0.9995之間，而溫度系數(shù)線性度大概為R²<0.995。因為當溫度計把環(huán)境溫度測量出來以后，就是直接乘以溫度系數(shù)，按照線性的方法來去除掉溫度的影響，那么應變計的溫度系數(shù)的線性度和離散度則直接影響了補償精度。
北京瑞格星是如何解決應變計的溫度補償問題呢？
北京瑞格星科技有限公司利用數(shù)年的時間，長期專注于光纖光柵溫度補償技術的研究，目前還不能說已經(jīng)完全解決了這一難題，但是其補償精度，在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)是一流水平。我們采用了一種全新的補償技術——智能補償技術。已經(jīng)申請國家發(fā)明專利。我們的智能補償技術主要有兩個特點：
1、 應變計采用智能補償技術，溫度系數(shù)小，為2pm/℃左右。
2、 應變計彩和智能補償技術，溫度系數(shù)離散度低，在1.5～2.5 pm/℃范圍之內(nèi)。
由于應變計的溫度系數(shù)小，那么安裝在鋼結構表面后，溫度所導致的鋼結構熱脹冷縮對應變計的影響也非常小。盡管溫度對其影響比較小，但仍然存在。那么再用溫度計把環(huán)境溫差測出來，由于溫度系數(shù)離散度低，就很容易準確的計算出溫度對應變計的影響，然后在同時受應力和溫度影響的應變計中心波長變化量里面，把這部分剔除掉，從而進一步提高了溫度補償?shù)木取?span lang="EN-US">
根據(jù)工程項目監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用此方法所得到的溫度補償效果，在野外-30℃～60℃的溫度變化范圍內(nèi)，在無應力的情況下，應變計的中心波長變化不超過±5pm。而采用傳統(tǒng)的溫度補償技術，在同樣環(huán)境下測量，中心波長的變化量將超過200pm,基本無法實現(xiàn)長期安全監(jiān)測！以下是實際監(jiān)測數(shù)據(jù)：
從以上兩圖可以看出，在野外溫差變化超過25℃時，FBG應變計在無應力情況下，經(jīng)過溫度補償以后，中心波長漂移不超過±3pm，測試時間長達15個晝夜。
