光纖光柵土壓力傳感器的製作方法

2023-12-11 04:49:32

專利名稱：光纖光柵土壓力傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於光纖光柵傳感在建築體、橋梁、滑坡等土壓力應用領 域，確切講是光纖光柵土壓力傳感器。
背景技術：
傳統的土壓力傳感器無法排除溫度影響，測量精度低，無法實現分 布式測量。而現有的光纖光柵土壓力傳感器將光柵粘貼於彈性板上，光柵 受力曲線不是線性而是一個拋物線，會導致光柵波長的失真，而且將光柵 粘貼於彈性板上，等於在測量的時候增加了本體噪聲，影響了測量結果。
雖然在溫度補償上，現有的光纖光柵傳感器也是採用了粘貼於相同 材料的方法，這種方法無法避免因粘貼工藝和粘貼材料引起的誤差，也會 降低測量結果的真實性。 發明內容
本實用新型的目的是提供了一種高靈敏度、高精度、抗電磁幹擾、穩 定性好的光纖光柵土壓力傳感器，以便能長期監測滑坡體變形、路基沉降、 隧道頂部變形、橋梁變形。
本實用新型的目的是這樣實現的，光纖光柵土壓力傳感器，其特徵 是包括承壓盤、圓盤蓋和圓腔殼體構成的殼體及測力光柵和溫度補償光 柵，承壓盤與圓腔殼體之間用螺紋連接，圓腔殼體與圓盤蓋用螺紋連接； 圓腔殼體底端對稱開有兩個楔形盲孔，兩個固定柱楔入兩個楔形盲孔內； 固定柱上部有固性夾板和緩衝夾板，對稱的兩個固性夾板固定在測力光柵 兩端，對稱的緩衝夾板固定在溫度補償光柵兩端，測力光柵和溫度補償光 柵串聯，測力光柵和溫度補償光柵串聯後兩端由光柵埠與輸入輸出光纖 連接。
所述的圓腔殼體底部有螺紋圓臺，承壓盤對應圓腔殼體底部的螺紋圓 臺有螺紋圓腔，螺紋圓腔中心與承壓盤中心同心，螺紋圓腔外側有承壓盤 邊腔，承壓盤邊腔中心與承壓盤中心同心，承壓盤邊腔高度底於螺紋圓腔 高度。本實用新型有以下結構特徵
1、 端蓋與彈性殼體、彈性殼體與承壓盤直接為螺紋連接，端蓋與彈 性殼體連接處有密封膠，彈性殼體與承壓盤連接處有密封圈。
2、 固定柱與彈性殼體是楔形連接，而後用環氧膠固定。
3、 固定與固定柱螺紋連接。
4、 彈性殼體光纖引出孔有開口螺栓。
5、 光纖引出後連接單芯光纜。
6、 光纖光柵懸浮是指將光纖兩端固定，將光柵部分懸浮。
7、 用做溫度補償的光前光柵是自然懸浮，兩端未固定。
本實用新型的優點有1、測量靈敏度高，精度高，避免了因粘貼引
起的本體噪聲；2、將光纖光柵懸浮，保證了光柵的線性變化；3、結構簡 單、成本低，適合與產業化生產；4、彈性殼體兩側均有光纖引出孔，便 於串聯和組成傳感網絡；5、實現了溫度補償，同時可以測量環境溫度。

下面結合實施例附圖對本實用新型作進一步說明。 圖1是本實用新型實施例結構示意圖。
圖中1、承壓盤；2、承壓盤邊腔；3、螺紋圓腔；4、螺紋圓臺；5、 固定柱；6、圓腔殼體；7、光纖；8、溫度補償光柵；9、測力光柵；10、 光柵埠； 11、圓盤蓋；12、楔形盲孔；13、固性夾板；14、緩衝夾板。
具體實施方式

如圖1所示，包括承壓盤1、圓盤蓋11和圓腔殼體6，承壓盤1與圓
腔殼體6之間用螺紋連接，圓腔殼體6與圓盤蓋11用螺紋連接；圓腔殼
體6底端對稱開有兩個楔形盲孔12，兩個固定柱5楔入兩個楔形盲孔12 內。固定柱5上部有固性夾板13和緩衝夾板14，對稱的兩個固性夾板13 用於固定測力光柵9兩端，對稱的緩衝夾板14用於固定溫度補償光柵8 兩端，測力光柵9和溫度補償光柵8串聯，測力光柵9和溫度補償光柵8 串聯後兩端由光柵埠 10與輸入輸出光纖7連接。
圓腔殼體6底部有螺紋圓臺4，承壓盤1對應圓腔殼體6底部的螺紋 圓臺有螺紋圓腔3，螺紋圓腔3中心與承壓盤1中心同心，螺紋圓腔3外 側有承壓盤邊腔2，承壓盤邊腔2中心與承壓盤1中心同心，承壓盤邊腔2高度底於螺紋圓腔3高度。
本實用新型將土壓力轉換為承壓盤1薄板的撓曲變形，而後又通過承 壓盤1固定柱上固定的測力光柵9將薄板的撓曲變形轉換為光纖光柵的線 性變形。光纖光柵是一種在由光纖刻制而成的波長選擇反射器，其背向反 射光中心波長^與光柵周期A和纖芯折射率 ,有關，即 AB=2"e//A 公式(1)
FBG光纖光柵傳感的基本原理是，當光柵周圍的溫度、應變、應力或 其它待測物理量發生變化時，將導致光柵周期或纖芯折射率的變化，從而 使光纖光柵的中心波長產生位移A^，通過檢測光柵波長的位移情況，即 可獲得待測物理量的變化情況。即
formula see original document page 5
式中&為應變傳感靈敏度係數，^為光纖光柵溫度傳感靈敏度係數。 根據上述特性，首先使用光纖光柵解調儀測量出光纖光柵的波長變
化，而後根據公式(2)即可得到土壓力與波長變化的對應關係。溫度補
償要求補償光柵和受力光柵處在同一狀態，採用將補償光柵同樣懸浮，環
境和狀態相同，所以只需將測力光柵9和溫度補償光柵8的波長值做減法 而後對應公式(2)，即可得到真實土壓力的值。
與傳感器土壓力傳感器相比，採用光纖光柵做傳感材料，光纖光柵 具有它獨特的優點體積小、重量輕、便於組成傳感網絡；抗電磁幹擾、 耐腐蝕、穩定性、重複性好；高靈敏度、高解析度；測量信息以波長編碼， 因而光纖光柵傳感器不受光源的光強波動、光纖連接與耦合損耗、光波偏 振態變化等因素的影響，具較強的抗幹擾能力；與現有的光纖光柵傳感器 相比，本專利將光纖光柵懸浮，確保其發生線性變形，同時，因為不需要 粘貼，也就排除粘貼工藝和材料的影響。
權利要求1、光纖光柵土壓力傳感器，其特徵是包括承壓盤(1)、圓盤蓋(11)和圓腔殼體(6)構成的殼體及測力光柵(9)和溫度補償光柵(8)，承壓盤(1)與圓腔殼體(6)之間用螺紋連接，圓腔殼體(6)與圓盤蓋(11)用螺紋連接；圓腔殼體(6)底端對稱開有兩個楔形盲孔(12)，兩個固定柱(5)楔入兩個楔形盲孔(12)內；固定柱(5)上部有固性夾板(13)和緩衝夾板(14)，對稱的兩個固性夾板(13)固定在測力光柵(9)兩端，對稱的緩衝夾板(14)固定在溫度補償光柵(8)兩端，測力光柵(9)和溫度補償光柵(8)串聯，測力光柵(9)和溫度補償光柵(8)串聯後兩端由光柵埠(10)與輸入輸出光纖(7)連接。
2、根據權利要求l所述的光纖光柵土壓力傳感器，其特徵是所述 的圓腔殼體(6)底部有螺紋圓臺(4)，承壓盤(1)對應圓腔殼體(6) 底部的螺紋圓臺有螺紋圓腔(3)，螺紋圓腔(3)中心與承壓盤(1)中心 同心，螺紋圓腔(3)外側有承壓盤邊腔(2)，承壓盤邊腔(2)中心與承 壓盤(1)中心同心，承壓盤邊腔(2)高度底於螺紋圓腔(3)高度。
專利摘要本實用新型屬於光纖光柵土壓力傳感器，其特徵是承壓盤(1)與圓腔殼體(6)連接，圓腔殼體(6)與圓盤蓋(11)連接；圓腔殼體(6)底端有兩個楔形盲孔(12)，兩個固定柱(5)楔入兩個楔形盲孔(12)內；固定柱(5)上有固性夾板(13)和緩衝夾板(14)，固夾板(13)固定在測力光柵(9)兩端，緩衝夾板(14)固定在溫度補償光柵(8)兩端，測力光柵(9)和溫度補償光柵(8)串聯後兩端由光柵埠(10)與輸入輸出光纖(7)連接。它靈敏度高、抗電磁幹擾、穩定性好，可以長期監測滑坡體變形、路基沉降、隧道頂部變形、橋梁變形。
文檔編號G01B11/16GK201322662SQ20082022264
公開日2009年10月7日 申請日期2008年11月26日 優先權日2008年11月26日
發明者異 孫, 俊 李, 寧 李, 胡志新, 陳朋超, 馬雲賓 申請人:長安大學