光纖光柵錨杆測量計探頭的製作方法

2023-04-28 12:46:36 1

專利名稱：光纖光柵錨杆測量計探頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量錨杆軸向拉伸力的裝置，具體地說是一種應用於礦山、巖土與 地下結構工程的巷道、隧道使用錨杆的地方，以及其他行業應用光纖光柵錨杆的測量計探頭。
技術背景我們知道，目前的錨杆軸向拉伸力的測量採用應變片，但是應變片具有以下缺點l.-易 受電磁幹擾和外界環境幹擾，2.不靈敏、不可靠、壽命短，3.怕潮溼，4.不易組成感應網絡，數據傳輸量小，多個應變片傳感同時測量，難於串聯，信號引出線多，連接複雜。 發明內容本實用新型為克服上述現有技術的不足，提供一種結構簡單、測量方便、準確、數據傳 輸量大、易組成光纖傳感網絡、不受外界環境影響的性價比高的光纖光柵錨杆測量計探頭。本實用新型的目的是採用下述技術方案實現的 一種光纖光柵錨杆測量計探頭，包括外 套和內套，外套設在內套外，外套一端開口，另一端開有圓孔；內套軸向截面呈工字形，其 兩端分別設有凸沿， 一端凸沿直徑大於外套的外徑，另一端凸沿直徑小於外套的內徑；外套 上設有光纖引出通道，內套上外表面固定安裝有光纖光柵，光纖光柵連接穿過外套上的光纖, 經過引出通道與光信號解調處理裝置相連接。所述的內耷兩端的凸沿呈兩級階梯狀，直徑較大一端圓周上設有螺絲孔，外套上設有與 內套的螺絲孔相對應的通孔。所述的光纖光檯垂直粘貼於內套圓柱面上。本實用新型的光纖光柵錨杆探頭是光學傳感器，本質安全、性能優越、抗電磁幹擾強等, 探頭的內套上垂直方向固定安裝光纖光柵，錨杆穿過內套內孔，與內套形成一測量錨杆軸向 力大小的應力應變傳感器。使用時，錨杆一端穿過內套插入巖體內，另一端通過螺帽旋緊於 內套端面上。再把外套套於內套外面，外套一端卡在內套較大直徑端的階梯處，通過螺絲旋 緊固定；另一端卡於內套較小直徑端的階梯處，既美觀又可以較好地保護光纖光柵傳感器免 受外部施工破壞和其他的影響。插入巖土中的錨杆感受到圍巖施加在錨杆上的軸向拉伸力， 傳遞引起內套的拉壓變形，進而將力的變化傳遞到內套上的光纖光柵，光纖光柵連接傳輸光 纖通過引出通道把光信號傳遞到光信號解調處理裝置上，分析光纖光柵傳感器的拉伸變化能 直接測量力的大小，光信號解調裝置耦合輸入寬帶光到光纖內，經過光纖光柵的反射後的光 又進入到光信號解調裝置，光纖光柵的拉伸引起光柵的間距變化，從而引起反射光的中心波 長的漂移變化，觶調裝置負責分析計算波長的漂移量，從而獲得光纖光柵的拉伸變形量，從 而得出內套受拉伸力的大小。光纖光柵傳感探頭是光傳感器，本質安全，靈敏度高，穩定性
與可靠性能好、不怕潮溼和灰塵，不受外界電磁場、振動等各種環境影響等優點。本實用新 型具有結構簡單、製作工藝簡單、性價比高、操作方便、準確等特點。本實用新型中提到的光信號解調處理裝置是現有的設備，在此不再贅述。

圖l是本實甩新型結構示意圖；圖2是本實用新型的使用狀態示意圖；圖3是本實用新型的加載壓力-波長曲線圖。其中l.外套，2.內套，3.光纖引出通道，4.光纖光柵，5.光纖，6.凸沿，7.嫘帽，8錨杆， 9.巖體。
具體實施方式
下面結合附B和實施例對本實用新型進一步說明。如圖l、圖2所示，外套1設在內套2外，外套l一端開口，另一端開有圓孔；內套2 軸向截面呈工字形，內套2兩端分別設有呈兩級階梯狀的凸沿6，直徑較大一端圓周上設有 螺絲孔，外套1上設有與內套2的嫘絲孔相對應的通孔。直徑較大一端凸沿6直徑大於外套 1的外徑，另一竭凸沿6直徑小於外套1的內徑外套1上設有光纖引出通道3，垂直於內套 圓柱面方向上粘貼有光纖光柵4，光纖光柵4與光纖5連接，光纖5穿過外套1上的光纖引 出通道3與光信號調解處理裝置相連接。使用時，錨杆8—端從端內套2的較小直徑穿過插入巖體9內，另一端通過嫘帽7旋緊 於內套2端面上，對錨杆8產生預應力引起內套2產生預壓縮變形。再把外套1套於內套2 外面，外套1 一端卡在內套2較大直徑端的階梯處，通過嫘絲旋緊固定；另一端卡於內套2 較小直徑端的階梯處，既美觀又可以較好地保護光纖光柵傳感器免受外部施工破壞和其他的 影響。則錨杆8上受到的軸向拉伸引起內套2的壓縮伸張變形，錨杆8周圍巖體9的力學參 數通過錨杆8的軸向拉伸力來間接反應，再傳遞到內套2上的光纖光柵4上，光纖光柵4連 接光纖通過引出通道3把信號傳遞到光信號解調處理裝置上，光信號解調處理裝置分析出相 關的參數。把本實用新型放置於拉壓萬能實驗機，經實驗測試。如圖3所示，橫坐標是壓力，單位 KN，縱坐標是光纖布拉格光柵隨著探測到的壓力變化(也就是錨杆在巖土內軸向拉伸力的變 化)，而中心波長的變化，從曲線能看出感受壓力的變化非常靈敏，載和卸載曲線基本對稱， 很靈敏地引起光柵探測的應力的變化。該傳感器靈敏度高，量程範圍大，抗電磁幹擾，耐用， 可靠性高。
權利要求1.一種光纖光柵錨杆測量計探頭，包括外套和內套，其特徵在於外套設在內套外，外套一端開口，另一端開有圓孔；內套軸向截面呈工字形，其兩端分別設有凸沿，一端凸沿直徑大於外套的外徑，另一端凸沿直徑小於外套的內徑；外套上設有光纖引出通道，內套外表面上粘貼有光纖光柵，光纖光柵連接光纖，光纖穿過外套上的光纖引出通道與光信號解調處理裝置相連接。
2. 根據權利要求1所述的光纖光柵錨杆測量計探頭，其特徵在於所述的內套兩端的凸 沿呈兩級階梯狀，直徑較大一端圓周上設有嫘絲孔，外套上設有與內套的螺絲孔相對應的通 孔。
3. 根據權利要求1所述的光纖光柵錨杆測量計探頭，其特徵在於所述的光纖光柵垂直 粘貼於內套圓柱面上。
專利摘要本實用新型涉及一種光纖光柵錨杆測量計探頭，包括外套和內套，外套設在內套外外套一端開口，另一端開有圓孔；內套兩端分別設有凸沿，一端凸沿直徑大於外套的外徑，另一端凸沿直徑稍小於外套的內徑；外套上設有光纖引出通道，內套圓柱面垂直方向上粘貼測量應力應變的光纖光柵，光纖光柵穿過外套上的光纖引出通道與光解調信號處理裝置相連接。使用時，錨杆一端穿過內套插入巖體內，另一端緊固於內套端面上。再把外套固定於內套外面。錨杆感受到圍巖施加在其上的軸向拉伸力，經光纖光柵傳遞到光信號解調處理裝置，分析計算出波長漂移量，得出內套受拉伸力的大小。其具有結構簡單、操作方便、靈敏度高、穩定性、可靠性好、不受外界環境影響等優點。
文檔編號G01L1/24GK201043922SQ20072002068
公開日2008年4月2日 申請日期2007年4月29日 優先權日2007年4月29日
發明者奇 蔣, 磊 賈, 隋青美 申請人:山東大學