本发明涉及一种变灵敏度的大量程fbg传感器，属于土木工程结构健康监测领域。
背景技术：
1、fgb传感器是一种基于光纤光栅的传感器。它具有高灵敏度和高稳定性的优点。其利用fbg传感器的特殊结构，能够对微小变化进行高度敏感地检测，并能够快速、精确地感知目标物体的变化。同时，fgb传感器具有良好的温度稳定性和抗干扰能力，能够在各种恶劣环境条件下稳定运行。
2、对工程结构的一般部位进行监测时，fbg传感器所需要监测的工程应变变化范围为几十到几百个微应变。而在预应力frp筋加固梁中，预应力frp筋的张拉控制应力最大可达50％的frp筋抗拉强度标准值，即7000～10000微应变。在高应力状态下使用传统fbg传感器来完成frp筋的监测工作，对于土木工程结构而言，不论从安装固定方式、测试量程，还是从存活率上来看都将是十分困难的，甚至是无法实现的。为了充分利用fbg传感器的优势，对高应力状态下的frp筋进行监测，必须对其进行大量程化设计。
3、大量程传感器常通过减敏的方式实现。传感器的应变灵敏度k是指传感器感受的应变量εfbg与结构待测应变量εs之比。当εfbg<εs时，k<1，传感器实际应变小于结构应变，可以扩大应变测量范围，为减敏型传感器，它的特点为研究多、也很成熟，具有量程大、可设计优良等优点。但是现有减敏型大量程传感器具有精确度低等缺点，无法实现预应力frp筋加固结构张拉完成后加固结构服役过程中低水平的应力变化监测。因此需要一种变灵敏度的大量程fbg传感器。
技术实现思路
1、本发明针对fbg传感器极限应变小，现有大量程化方法精度低、结构复杂等问题，提出了一种结构简单且性能可靠的大量程fbg传感器及智能监测筋，可以有效实现fbg传感器的大量程化，实现结构应变的连续监测。
2、为了实现上述目的，本发明提供一种量程fbg传感器，其具体方案为：
3、一种变灵敏度的大量程fbg传感器，包含传感单元、封装套管、第一垫块，第二垫块、第三垫块、第一锚固端、第二锚固端和弹簧和限位套；所述封装套管设置在第一垫块和第二垫块中间；所述限位套设置在所述第二垫块和第三垫块之间，所述限位套为具有伸缩距离的伸缩套，所述弹簧设置在所述第二垫块和第三垫块之间并位于所述限位套内，所述弹簧同于传递使所述限位套伸缩的作用力；所述第一锚固端设置在所述第一垫块外侧，所述第二锚固端设置在所述第三垫块外侧。
4、所述限位套包括第一限位套和第二限位套；第一限位套和第二限位套相互咬合，第一限位套和第二限位套可在伸缩距离内自由发生轴向位移。
5、所述传感单元包括fbg传感器和固定基体；所述固定基体刚度大于fbg传感器，所述固定基体为线弹性材料，所述固定基体的极限弹性应变为fbg传感器的极限测量应变的1.2至1.5倍。
6、所述固定基体刻有凹槽，用于嵌入fbg传感器。
7、所述第一垫块为第一环形垫块；所述第一环形垫块具有环形截面，剖面为t型结构，包括大环和小环；第一环形垫块小环外径略小于封装套管内径，使其能嵌入封装套管内；第一环形垫块大环外径与封装套管外径一致。
8、所述第二垫块为第二环形垫块；所述第二环形垫块具有环形截面，剖面为十字形结构，包括两个小环和一个大环；第二环形垫块两个小环外径与第一环形垫块小环外径一致；第二环形垫块大环外径与第一环形垫块大环外径一致。
9、所述第三垫块为第三环形垫块；所述第三环形垫块具有环形截面，剖面为t型结构，包括大环和小环；第三环形垫块小环外径小于第一环形垫块小环外径，所述第三环形垫块大环外径小于第一环形垫块大环外径。
10、所述封装套管为纤维套管。
11、本发明还提供一种智能监测frp筋，包括frp筋，在所述frp筋内设置有上述提供的大量程fbg传感器，所述frp筋与大量程fbg传感器具有固接区域和活动区域，其中固接区域为第一环形垫块与第二环形垫块之间的区域，活动区域为第二环形垫块与第三环形垫块之间的区域。
12、在固接区域，frp筋与大量程fbg传感器采用粘结剂固接。
13、一种变灵敏度的大量程fbg传感器，包含传感单元、封装套管、环形垫块、锚固端、弹簧和限位套。
14、所述传感单元包括fbg传感器和固定基体。所述固定基体刻有凹槽，用于嵌入fbg传感器。所述固定基体刚度大于fbg传感器，为线弹性材料，其极限弹性应变应为fbg传感器的极限测量应变的1.2至1.5倍。
15、所述封装套管为内部空心的圆管薄壁结构，可以是玄武岩纤维套管、玻璃纤维套管或者其它耐久性优良的纤维套管，其极限应变应大于大量程传感器的最大应变测量能力设计值。封装套管的作用主要有，第一，保护fbg传感器；第二，fbg传感器在封装套管内为自由活动状态，通过在封装套管端部外侧设置锚固端使fbg传感器长标距化。
16、所述环形垫块包括第一环形垫块、第二环形垫块和第三环形垫块。
17、所述第一环形垫块具有环形截面，剖面为t型结构，包括大环和小环。第一环形垫块小环外径略小于封装套管内径，使其能嵌入封装套管内。第一环形垫块大环外径与封装套管外径一致。
18、所述第二环形垫块具有环形截面，剖面为十字形结构，包括两个小环和一个大环。第二环形垫块两个小环外径与第一环形垫块小环外径一致。第二环形垫块大环外径与第一环形垫块大环外径一致。
19、所述第三环形垫块的结构与第一环形垫块类似。所不同的是，第三环形垫块小环外径小于第一环形垫块小环外径，所述第三环形垫块大环外径小于第一环形垫块大环外径。
20、所述第一、第二和第三环形垫块中心均有一孔径一致的孔洞，孔径大于传感单元，小于封装套管内径。所述环形垫块可以采用金属制作。
21、所述锚固端包括第一锚固端和第二锚固端。所述锚固端固定在传感单元上，其外径大于环形垫块孔洞内径，用于将作用在封装套管上的应变传递至传感单元。
22、所述弹簧位于第二环形垫块和第三环形垫块之间。弹簧内径略大于传感单元，弹簧外径小于环形垫块小环外径，大于环形垫块孔洞孔径。所述弹簧的作用包括：第一，承担初始加载阶段的大部分变形，减小fbg传感器的感知应变；第二，未开始工作前给fbg传感器施加低水平预拉力，保证其平直状态，使其在初始阶段就可以保持良好的线性工作性能。
23、所述限位套包括第一限位套和第二限位套。所述限位套布置在第二环形垫块和第三环形垫块之间，套在弹簧外部。所述第一限位套和第二限位套相互咬合，两者可在一定范围内自由发生轴向位移。
24、所述第一限位套内径略大于第二环形垫块小环直径。所述第一限位套外径等于第三环形垫块大环外径。所述第二限位套内径大于弹簧外径，略大于第三环形垫块小环外径。所述第二限位套外径略小于第一限位套内径。
25、所述frp筋为一中空的棒状结构，其内径略大于封装套管外径，方便将大量程传感器放入。
26、本发明一种变灵敏度的大量程fbg传感器主要有以下优点：
27、1.通过变灵敏度监测，使用单个fbg传感器变可以实现结构全过程的应变监测，经济性好，结构简单。
28、2.弹簧的预顶压作用使fbg传感器始终处于受拉平直的状态，有效保证了其良好的线性工作性能；
29、3.在预应力结构中，预应筋张拉阶段应变范围大，对应变监测的精度要求较小，故采用传感器减敏段对其进行监测；在预应力筋放张后的结构工作阶段，结构变形范围小，对应变监测的精度要求高，故采用传感器的原灵敏度段对其进行应变监测。这种通过低灵敏度与高灵敏度相结合的方式，不仅实现了张拉阶段的大应变监测，而且保证了结构工作阶段的小应变监测需求，有效实现了预应力结构的全过程应变监测。
1.一种变灵敏度的大量程fbg传感器，其特征在于，包含传感单元、封装套管、第一垫块，第二垫块、第三垫块、第一锚固端、第二锚固端和弹簧和限位套；所述封装套管设置在第一垫块和第二垫块中间；所述限位套设置在所述第二垫块和第三垫块之间，所述限位套为具有伸缩距离的伸缩套，所述弹簧设置在所述第二垫块和第三垫块之间并位于所述限位套内，所述弹簧同于传递使所述限位套伸缩的作用力；所述第一锚固端设置在所述第一垫块外侧，所述第二锚固端设置在所述第三垫块外侧。
2.根据权利要求1所述的大量程fbg传感器，其特征在于，所述限位套包括第一限位套和第二限位套；第一限位套和第二限位套相互咬合，第一限位套和第二限位套可在伸缩距离内自由发生轴向位移。
3.根据权利要求1所述的大量程fbg传感器，其特征在于，所述传感单元包括fbg传感器和固定基体；所述固定基体刚度大于fbg传感器，所述固定基体为线弹性材料，所述固定基体的极限弹性应变为fbg传感器的极限测量应变的1.2至1.5倍。
4.根据权利要求3所述的一种变灵敏度的大量程fbg传感器，其特征在于，所述固定基体刻有凹槽，用于嵌入fbg传感器。
5.根据权利要求1所述的大量程fbg传感器，其特征在于，所述第一垫块为第一环形垫块；所述第一环形垫块具有环形截面，剖面为t型结构，包括大环和小环；第一环形垫块小环外径略小于封装套管内径，使其能嵌入封装套管内；第一环形垫块大环外径与封装套管外径一致。
6.根据权利要求5所述的大量程fbg传感器，其特征在于，所述第二垫块为第二环形垫块；所述第二环形垫块具有环形截面，剖面为十字形结构，包括两个小环和一个大环；第二环形垫块两个小环外径与第一环形垫块小环外径一致；第二环形垫块大环外径与第一环形垫块大环外径一致。
7.根据权利要求5所述的大量程fbg传感器，其特征在于，所述第三垫块为第三环形垫块；所述第三环形垫块具有环形截面，剖面为t型结构，包括大环和小环；第三环形垫块小环外径小于第一环形垫块小环外径，所述第三环形垫块大环外径小于第一环形垫块大环外径。
8.根据权利要求1所述的一种变灵敏度的大量程fbg传感器，其特征在于，所述封装套管为纤维套管。
9.一种智能监测frp筋，包括frp筋，其特征在于，在所述frp筋内设置有权利要求1-8任一所述的大量程fbg传感器，所述frp筋与大量程fbg传感器具有固接区域和活动区域，其中固接区域为第一环形垫块与第二环形垫块之间的区域，活动区域为第二环形垫块与第三环形垫块之间的区域。
10.根据权利要求9所述的智能监测frp筋，其特征在于，在固接区域，frp筋与大量程fbg传感器采用粘结剂固接。
