CN103852013A - 一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器 - Google Patents
一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103852013A CN103852013A CN201410088493.9A CN201410088493A CN103852013A CN 103852013 A CN103852013 A CN 103852013A CN 201410088493 A CN201410088493 A CN 201410088493A CN 103852013 A CN103852013 A CN 103852013A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sensing
- fiber grating
- displacement
- fiber bragg
- bragg grating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Pit Excavations, Shoring, Fill Or Stabilisation Of Slopes (AREA)
Abstract
本发明公开一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器,包括设在密封管内从上到下依次连接的上连接杆、上滑块、上固定杆、轴承、下固定杆、下滑块和下连接杆,还包括由四个传感基板和四个光纤光栅组成的四个传感单元,四个传感单元分别对四个方向的位移量进行测量,四个传感单元通过热熔接的方式首尾相连构成光纤光栅串,光纤光栅串的首尾两端分别连接通信光缆和其它光纤光栅深部位移传感器。应用本发明传感器,通过测量光纤光栅中心波长的变化量,计算出传感基板发生的形变量,计算出该传感单元所在方向的深部位移量,再结合四个不同方向的位移的大小,通过矢量合成,计算出深部位移的方向和大小。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感领域,特别涉及一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器。
背景技术
山体滑坡是工程、地质问题中常见的一种自然灾害,为防患于未然,加强山体滑坡的预警和防范,必须对滑坡进行监测,实现滑坡危害的早期预报,这对于减少灾害损失极为重要。
光纤光栅是在光纤通信、光纤传感等光电子技术领域有着广泛应用前景的光纤器件,光纤光栅传感器以其特有的技术优势广泛应用于桥梁、水利、建筑等工程健康监测,主要测试表面形变、内部形变、温度等信息。对于山体滑坡和地质灾害监测、预测,需要对滑坡体深部位移监测,目前深部位移监测主要采用微机电传感器(MEMS),通过测试传感器内部摆锤的角度来反应待测点发生的位移,在解调端通过采集传感器输出的电压大小得到偏转角度,进而计算发生的位移大小,该方法采用电学传感,现场需要供电,且成本较高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器,将光纤光栅传感技术应用于深部位移传感,替代常规的电学测试方法,测试现场均采用无源传感无需供电,且安装便捷、成本较低。它能够测试土体一定深度内的位移分布情况,进而为滑坡等自然灾害提供预警参考。
实现本发明目的的技术方案是:
一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器,主要包括上连接杆、上滑块、上固定杆、轴承、下连接杆、下滑块、下固定杆、密封管、四个传感基板和四个光纤光栅;上连接杆和上固定杆分别固定在上滑块的上、下面;下固定杆和下连接杆分别固定在下滑块的上、下面;上固定杆和下固定杆通过轴承连接;上滑块和下滑块的横截面为正方形,分别固定在密封管的上、下端;传感基板的中部设有V型槽,光纤光栅固定在V型槽中,一个传感基板和一个光纤光栅组成一个传感单元,四个传感基板的一端分别与下滑块的四个侧面固定,四个传感单元分别对四个方向的位移量进行测量,四个传感单元通过热熔接的方式首尾相连构成光纤光栅串,光纤光栅串的首尾两端分别连接通信光缆和其它光纤光栅深部位移传感器。
所述上滑块和下滑块与密封管采用密封胶密封固定,实现对传感器的密封隔离,整个传感器可直接埋置于滑坡体测试现场的地下钻孔中。
所述光纤光栅用光学胶固定在传感基板上;传感基板的一端采用螺丝与下滑块的一个侧面固定。
本发明将成熟的光纤光栅传感与悬臂梁技术结合完成位移量的测试,采用四个传感单元分别实现对四个方向发生的位移方向及大小的测量,通过密封管将传感器与外界隔离,可以直接埋置在待测点。
本发明的优点是:光纤光栅为无源光传感,无需现场供电;光纤光栅传感为光信号通信,不会受到电磁干扰的影响;光纤光栅为波长解调,信号来自波长的变化,功率大小的波动不会对测试结果产生影响;整个传感器采用四个传感单元,不但可以测试滑坡的大小,还可以测试滑坡发生的方向;采用光纤布拉格光栅传感器,有效地降低了成本。
附图说明
图1为本发明传感器的结构示意图;
图2为本发明传感器的俯视图;
图3为本发明传感器的仰视图;
图4为本发明传感器发生形变示意图;
图5为本发明光纤光栅与传感基板构成的传感单元的形变示意图。
图中,1.上连接杆 2.上滑块 3.上固定杆 4.轴承 5.下固定杆 6.下滑块 7.下连接杆 8.密封管 9.传感基板 10.光纤光栅。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的说明,但不是对本发明的限定。
实施例
参照图1、2和3,本发明一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器,包括上连接杆1、上滑块2、上固定杆3、轴承4、下固定杆5、下滑块6、下连接杆7、密封管8、传感基板9、光纤光栅10。
上连接杆1、上滑块2、上固定杆3组成传感器的上半部分;下固定杆5、下滑块6、下连接杆7组成传感器的下半部分;上半部分与下半部分通过轴承4连接。
上连接杆1固定在上滑块2的上面,上固定杆3固定在上滑块2的下面;下连接杆7固定在下滑块5的下面,下固定杆5固定在下滑块6的上面;上固定杆3和下固定杆5通过轴承4连接;上滑块2和下滑块6的横截面为正方形,分别固定在密封管8的上、下端;传感基板9的中部设有V型槽,光纤光栅10固定在V型槽中,一个传感基板9和一个光纤光栅10组成一个传感单元,四传感基板9的一端分别与下滑块6的四个侧面固定,四个传感单元分别对四个方向的位移量进行测量,四个传感单元通过热熔接的方式首尾相连构成光纤光栅串,光纤光栅串的首尾两端分别连接通信光缆和其它光纤光栅深部位移传感器。
参照图4和5, 本发明滑坡体深部位移传感器埋置于待测滑坡体的钻孔中,当滑坡体内部发生滑动时,传感器的上半部分与传感器的下半部分发生相对位移,由于上半部分与下半部分通过轴承4相连,该相对位移将被转为二者的相对角度,该相对角度传递到滑坡体深部位移传感器的内部,固定在下滑块6上的传感基板9的顶部会受到来自上滑块2的压力,传感基板9发生弯曲,导致光纤光栅10发生轴向形变,进而改变光纤光栅10的反射中心波长,测量光纤光栅10反射波长的变化从而探测出位移的大小。四个不同方向的传感单元探测出位移的大小,通过矢量合成,计算出深部位移的方向和大小。
本发明由光纤光栅10与传感基板9组成的传感单元,传感器共包含四个传感单元,分别固定在下滑块6的四个侧面,传感基板9的中部加工有V型槽,使用光纤胶将光纤光栅10固定于V型槽的中部,将传感基板9的一端固定在下滑块6时,传感基板9可以看作一个悬臂梁结构,当测试点发生深部位移时,传感基板9会发生形变,进而带动光纤光栅10发生形变,传感基板9与光纤光栅10中心波长变化满足以下公式:
在知道悬臂梁自由端形变大小的情况下,可以不用知道材料的特性,光纤光栅10中心波长变化只与传感基板9的长度L,光纤光栅10的固定位置x,传感基板9的厚度d,光纤光栅10的初始波长λ,形变大小h几个参量相关。
通过测量光纤光栅10中心波长的变化量,计算出传感基板9发生的形变量,计算出该传感单元所在方向的深部位移量,再结合四个不同方向的位移的大小,通过矢量合成,计算出深部位移的方向和大小。
通过改变基板9、上连接杆1和下连接杆7的尺寸,可以使山体滑坡深部位移传感器的测试量程达到50mm。
Claims (1)
1.一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器,其特征在于:传感器包括上连接杆(1)、上滑块(2)、上固定杆(3)、轴承(4)、下固定杆(5)、下滑块(6)、下连接杆(7)、密封管(8)、四块传感基板(9)和四个光纤光栅(10);上连接杆(1)和上固定杆(3)分别固定在上滑块(2)的上、下面;下固定杆(5)和下连接杆(7)分别固定在下滑块(6)的上、下面;上固定杆(3)和下固定杆(5)通过轴承(4)连接;上滑块(2)和下滑块(6)的横截面为正方形,分别固定在密封管(8)的上、下端;传感基板(9)的中部设有V型槽,光纤光栅(10)固定在V型槽中,一个传感基板(9)和一个光纤光栅(10)组成一个传感单元,四个传感基板(9)的一端分别与下滑块(6)的四个侧面固定,四个传感单元通过热熔接的方式首尾相连构成光纤光栅串,光纤光栅串的首尾两端分别连接通信光缆和其它光纤光栅深部位移传感器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410088493.9A CN103852013B (zh) | 2014-03-11 | 2014-03-11 | 一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410088493.9A CN103852013B (zh) | 2014-03-11 | 2014-03-11 | 一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103852013A true CN103852013A (zh) | 2014-06-11 |
CN103852013B CN103852013B (zh) | 2016-04-13 |
Family
ID=50859960
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410088493.9A Active CN103852013B (zh) | 2014-03-11 | 2014-03-11 | 一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103852013B (zh) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105091757A (zh) * | 2015-09-22 | 2015-11-25 | 中国科学院半导体研究所 | 一种关节式光纤深部位移传感器及传感器阵列 |
CN105651185A (zh) * | 2016-03-18 | 2016-06-08 | 沈阳建筑大学 | 一种测量相对位移的光纤光栅位移传感器 |
CN106595509A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-04-26 | 中国神华能源股份有限公司 | 光纤光栅式传感器 |
CN106767689A (zh) * | 2017-03-06 | 2017-05-31 | 沈阳建筑大学 | 一种楔形结构光纤光栅位错计 |
CN109405760A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-03-01 | 深圳市迈步机器人科技有限公司 | 光纤传感器、形变检测装置、检测方法及数据手套 |
CN114754692A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-07-15 | 蚌埠学院 | 光纤光栅式传感器和光纤光栅式传感系统 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05240601A (ja) * | 1991-08-29 | 1993-09-17 | Kalman Kovari | 変位量、好ましくは、土、岩、基礎土の変位量、或いは、建造物の変位量を決定するための測定器 |
JP2006078425A (ja) * | 2004-09-13 | 2006-03-23 | Kazuro Mita | 地盤変形歪測定器材及びその埋設設置工法 |
CN201206978Y (zh) * | 2008-05-26 | 2009-03-11 | 宁波杉工结构监测与控制工程中心有限公司 | 一种光纤光栅位移传感器 |
CN101832762A (zh) * | 2010-05-14 | 2010-09-15 | 北京品傲光电科技有限公司 | 光纤光栅应变传感器 |
CN203069150U (zh) * | 2013-01-21 | 2013-07-17 | 苏州南智传感科技有限公司 | 一种新型光纤光栅应变计 |
CN203881299U (zh) * | 2014-03-11 | 2014-10-15 | 桂林聚联科技有限公司 | 一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器 |
-
2014
- 2014-03-11 CN CN201410088493.9A patent/CN103852013B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05240601A (ja) * | 1991-08-29 | 1993-09-17 | Kalman Kovari | 変位量、好ましくは、土、岩、基礎土の変位量、或いは、建造物の変位量を決定するための測定器 |
JP2006078425A (ja) * | 2004-09-13 | 2006-03-23 | Kazuro Mita | 地盤変形歪測定器材及びその埋設設置工法 |
CN201206978Y (zh) * | 2008-05-26 | 2009-03-11 | 宁波杉工结构监测与控制工程中心有限公司 | 一种光纤光栅位移传感器 |
CN101832762A (zh) * | 2010-05-14 | 2010-09-15 | 北京品傲光电科技有限公司 | 光纤光栅应变传感器 |
CN203069150U (zh) * | 2013-01-21 | 2013-07-17 | 苏州南智传感科技有限公司 | 一种新型光纤光栅应变计 |
CN203881299U (zh) * | 2014-03-11 | 2014-10-15 | 桂林聚联科技有限公司 | 一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
陈朋超等: "光纤光栅埋地管道滑坡区监测技术及应用", 《岩土工程学报》 * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105091757A (zh) * | 2015-09-22 | 2015-11-25 | 中国科学院半导体研究所 | 一种关节式光纤深部位移传感器及传感器阵列 |
CN105651185A (zh) * | 2016-03-18 | 2016-06-08 | 沈阳建筑大学 | 一种测量相对位移的光纤光栅位移传感器 |
CN106595509A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-04-26 | 中国神华能源股份有限公司 | 光纤光栅式传感器 |
CN106767689A (zh) * | 2017-03-06 | 2017-05-31 | 沈阳建筑大学 | 一种楔形结构光纤光栅位错计 |
CN109405760A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-03-01 | 深圳市迈步机器人科技有限公司 | 光纤传感器、形变检测装置、检测方法及数据手套 |
CN114754692A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-07-15 | 蚌埠学院 | 光纤光栅式传感器和光纤光栅式传感系统 |
CN114754692B (zh) * | 2022-03-21 | 2023-06-27 | 蚌埠学院 | 光纤光栅式传感器和光纤光栅式传感系统 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103852013B (zh) | 2016-04-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103852013B (zh) | 一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器 | |
Wu et al. | Optical fiber-based sensing, measuring, and implementation methods for slope deformation monitoring: A review | |
CN101625230B (zh) | 分布式光纤大变形测量传感器 | |
US9897497B2 (en) | Temperature-compensated strain-based transducer operating on differential measurements | |
US20110174497A1 (en) | Method and system for monitoring waterbottom subsidence | |
CN107121158B (zh) | 一种内封式悬臂梁光纤光栅传感器 | |
SA08290691B1 (ar) | تجميعة جهاز استشعار ضغط وطريقة لاستخدام التجميعة | |
CN104390694B (zh) | 包层光纤光栅振动传感仪 | |
CN101995485B (zh) | 靶式光纤光栅流速计 | |
CN202748010U (zh) | 基于光纤光栅的路面结构应力应变计 | |
CN104121946A (zh) | 一种基于光纤传感技术的智能套管监测系统 | |
CN107529615A (zh) | 一种采场围岩的三维扰动应力测试方法 | |
CN102445160A (zh) | 长标距光纤光栅冲刷传感器及其制作、安装布设方法和由其构成的冲刷监测系统 | |
CN111456716A (zh) | 基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统及监测方法 | |
CN107356356A (zh) | 一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置及监测系统 | |
CN105019484A (zh) | 一种应用于综合管廊的沉降监测方法 | |
CN203881299U (zh) | 一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器 | |
CN107402087A (zh) | 一种围岩三维扰动应力场的监测装置及监测系统 | |
CN104279986A (zh) | 一种活塞式水银光纤Bragg光栅倾角传感器及其使用方法 | |
CN103512687A (zh) | 一种光纤式钢筋计 | |
CN212454396U (zh) | 基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统 | |
CN203642880U (zh) | 一种监测边坡内部变形的光纤光栅分布式位移传感器 | |
CN207074097U (zh) | 一种围岩三维扰动应力场的监测装置及监测系统 | |
CN105044628A (zh) | 一种光纤f-p腔磁敏感器及磁定位测井装置 | |
US9952346B2 (en) | Fiber optic magnetic field sensing system based on lorentz force method for downhole applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |