一種用於地應力在線監測的傳感器的製作方法

2023-05-08 06:14:41

本實用新型涉及光纖傳感領域，尤其涉及到用來監測地應力時一種基於光纖傳感技術的傳感器。

背景技術：

目前，地應力的監測主要採用機械式和電子式的傳感器進行監測。其中，機械式的傳感器因其精度低且不可在線監測受到較多的限制。電子傳感器雖然可以在線監測，但其易受電磁幹擾，傳輸距離較短，且非本徵安全，即存在一定機率的安全隱患。

光纖傳感技術是在20世紀70年代伴隨光纖通信技術的發展而迅速發展起來的，它是一種以光波為載體，光纖為媒質，感知和傳輸外界被測量信號的一種新型傳感技術。這些光纖傳感器根據作用範圍又可以分為三類：點式傳感器（如光纖微彎傳感器、光纖Fabry-Perot傳感器、光纖Bragg光柵傳感器等），積分傳感器（如光纖Michelson幹涉儀和光纖Mach-Zehnder幹涉儀），分布式傳感器（如利用布裡淵散射效應製成的應力、溫度分布式傳感器）。作為點式傳感器，其在傳感領域的應用已經得到世界範圍內的廣泛重視，其具有其它傳統電傳感器無可比擬的優點，主要是：抗電磁幹擾、耐腐蝕、測量範圍寬、便於復用成網、小型化和維護成本低等。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於克服現有技術中地應力在線監測儀器的不足，提供一種用於地應力在線監測的傳感器。本實用新型的傳感器要求結構簡單、能夠不受電磁幹擾，精度高且能夠線監測。

為了達到上述發明目的，本實用新型的技術方案如下：

一種用於地應力在線監測的傳感器，該傳感器包括有光纜、承壓管和光纖應變感應體，所述光纖應變感應體為一段對應變敏感的光纖，所述光纖應變感應體的兩端端部分別固定在承壓管內壁上，所述光纖應變感應體的兩端與光纜中的一根鎧裝光纖聯接，所述鎧裝光纖伸出於所述承壓管外部。

在本實用新型用於地應力在線監測的傳感器中，所述光纖應變感應體有兩個，兩個所述的光纖應變感應體相互垂直。

在本實用新型用於地應力在線監測的傳感器中，所述光纖應變感應體位於或靠近於承壓管的中間位置。

在本實用新型用於地應力在線監測的傳感器中，所述承壓管的頭部安裝有導向頭。

在本實用新型用於地應力在線監測的傳感器中，所述導向頭的尖端固定有防退彈片，所述防退彈片呈梯形凹槽狀，所述導向頭位於梯形凹槽狀的防退彈片內。

在本實用新型的一種用於地應力在線監測的傳感器中，所述承壓管的尾部安裝有端蓋，所述光纜固定在所述端蓋上。

基於上述技術方案本實用新型與現有技術相比有如下優點：

1.本實用新型用於地應力在線監測的傳感器中，光纖傳感器其主要核心單元是光纖，光纖的製作材料為石英玻璃，光纖應變感應體中作為傳感器的主要感應元件，使本實用新型的傳感器不受電磁幹擾、測量精度高且傳輸距離長。

2.本實用新型用於地應力在線監測的傳感器中，兩個光纖應變感應體的設置，具有溫度補償的效果，使測量結果受溫度影響較小，靈敏度增大，精度提高。

3.本實用新型於地應力在線監測的傳感器採用光纜傳輸，光纖的傳輸損耗很小，可以進行長距離的在線監測。

附圖說明

圖1是本實用新型一種用於地應力在線監測的傳感器的結構示意圖。

圖2是本實用新型中承壓管未受壓時垂直軸向的截面圖。

圖3是本實用新型中承壓管A-A方向受壓時垂直軸向的截面圖。

具體實施方式

下面我們結合附圖和具體的實施事例來對本實用新型的結構原理和具體應用做進一步的說明，但不能以此來限制本實用新型的保護範圍。

請看圖1，圖1是本實用新型一種用於地應力在線監測的傳感器的結構示意圖。從圖1中可以看出，該傳感器包括有光纜、承壓管3和光纖應變感應體4；光纖應變感應體4為一段對應變敏感的光纖，由對應變敏感光纖作為感應地應力傳感器的核心元件，不僅能使傳感器具有很強的感應能力，並且可以防止電磁幹擾，感應信號在傳輸過程中的損耗少，傳輸的距離遠，便於復用成網。

光纖應變感應體4的兩端固定在承壓管3的內壁上，光纖應變感應體4經過承壓管3的中心軸；光纖應變感應體4的兩端分別熔接有一根光纜，具體是與光纜中的鎧裝光纖相聯接，兩根光纜均有一端伸出於承壓管3外部，便於將測量信號傳出。承壓管3用於將地應力信息通過承壓管形變的方式傳遞到光纖應變感應體4上，當承壓管3受到擠壓時產生形變，承壓管3帶動承壓管3內部的光纖應變感應體4拉伸或者壓縮，光纖應變感應體中的波長信號發生改變，並將波長信號通過光纜傳出承壓管，進而達到測量地應力的目的。承壓管3還可以保護光纖應變感應體4防止光纖應變感應體受到磨損。

在承壓管3的頭部安裝有一個錐形的導向頭2，錐形導向頭和承壓管的連接方式可以是螺紋連接方式連接、螺釘鎖方式連接後者是卡扣方式連接。例如錐形導向頭和承壓管的連接方式為螺紋連接方式連接時，導向頭2上和承壓管3的頭部位置分別設有相匹配的內螺紋和外螺紋，導向頭2通過螺紋連接方式安裝在承壓管3的頭部位置。導向頭2的設置方便傳感器插入待測物體內。

在導向頭2的尖端固定有一個防退彈片1，防退彈片1為梯形凹槽狀，導向頭2的尖端位於防退彈片1的梯形凹槽中；防退彈片1可以通過焊接固定在導向頭2的尖端，也可以通過螺紋方式連接在導向頭2上或者通過螺釘鎖固定在導向頭2的尖端；當傳感器插入被測物體時，由於地應力的存在傳感器受到不同方向的力會逐漸退出或轉動；當傳感器向外退出時防退彈片1產生形變，使原梯形凹槽狀防退彈片1的凹槽開口變大，阻止傳感器退出。

為了使地應力的檢測更加精確，在承壓管3中的光纖應變感應體4有兩個，兩個光纖應變感應體4相互垂直並且都垂直於承壓管3的中心軸。如圖2，圖2是本實用新型中承壓管未受壓時垂直軸向的截面圖。當承壓管3未受壓時，承壓管3中的兩個光纖應變感應體4仍保持原來的長度。當承壓管3受到壓力時，固定在承壓管3內的兩個光纖應變感應體4的長度發生改變。如圖3，圖3是本實用新型中承壓管A-A方向受壓時垂直軸向的截面圖。當承壓管3的A-A方向受到擠壓時，承壓管3被擠壓處形狀改變，圖3中顯示的承壓管3為形變後的理想模型橢圓形。A-A方向的光纖應變感應體4受到擠壓變短，圖3中B-B方向垂直於A-A方向；B-B方向的光纖應變感應體4被拉長。通過兩個相互垂直的光纖應變感應體4的同時測量使的測量結果更加準確，並且通過兩者測量結果相減，能夠補償溫度對傳感器產生的影響。

由於承壓管3在受壓變形時，一般承壓管3的中間位置變形量較大，將光纖應變感應體4安裝在靠近或者位於承壓管3的中間位置，使傳感器的感應更加靈敏。

承壓管3的尾部安裝有一個端蓋5，導向頭2和端蓋5的設置使承壓管3形成一個封閉的空間，可以保護承壓管3內的光纖應變感應體4。端蓋5通過螺紋連接方式安裝在承壓管3的尾部，方便承壓管3中的光纖應變感應體4的更換。兩根光纜均用膠水或者機械部件固定在承壓管3的尾部，防止熔接點被破壞。

隨著採礦等相關事業的發展，目前安全採掘已經受到越來越多人的重視，本實用新型的一種用於地應力在線監測的傳感器本徵安全，且不受電磁幹擾，精度高，可在線監測的傳感器。本實用新型的傳感器裝置具有很好的應用前景。