CN104132641A - 一种光纤光栅静力水准仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤光栅静力水准仪。所述静力水准仪的上盖嵌入外筒，上盖与浮筒通过钢丝绳连接，所述底盘通过螺丝或胶粘固定于壳体盲端的基座上，其周边与壳体内壁密封连接，其上固定有双面粘贴光栅的悬臂梁和限位装置，底盘中心穿过的钢丝绳的通孔用波纹管密封，底盘与壳体开口端之间分布有安装导气三通的通孔、安装直角弯头的通孔和密封圈放置槽，外筒侧壁底部分别设有安装导液三通和直角弯头的通孔，直角弯头和液位管组成液位观察装置，浮筒为上下两个底面均为锥形的柱体。本发明具有精度高、稳定性好的优点。

Description

一种光纤光栅静力水准仪

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种光纤光栅静力水准仪。

背景技术

静力水准仪是根据静止状态的液面在重力作用下处在同一水准面的原理，测量各点间的高程差及变化，其在桥梁、高铁等健康监测领域的应用越来越广泛。

光纤光栅静力水准仪就是其中比较重要的一种类型。然而光纤光栅除对应变等物理量比较敏感外，还对温度因素比较敏感，导致光纤光栅类传感器测量精度低、稳定性差。中国实用新型专利公告号为CN  202126258U提出的一种光栅静力水准仪，它利用两个等强度梁分别进行液位测量和温度补偿，然而温补光栅和液位测量光栅并不受温度变化而同步变化，即温补光栅没有起到温度补偿作用，导致测量不准确。本发明利用光纤光栅实现一种温度自补偿的静力水准仪，并且优化了结构，最终提高测量精度，提高了静力水准仪的稳定性。

发明内容

本发明目的就是为了克服现有技术中静力水准仪测量精度低、不稳定的问题，提供了一种稳定而准确的光纤光栅静力水准仪。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案：

一种光纤光栅静力水准仪包括上盖、外筒和浮筒。部分上盖嵌入外筒，上盖和外筒接触处设有密封圈。浮筒与位于上盖中的悬臂梁端部通过钢丝绳连接。

上盖由壳体、底盘、悬臂梁、悬臂梁固定装置、波纹管、限位装置、铠装接头、导气三通、直角弯头和光纤光栅构成。所述壳体一端开口，另一端为盲端，盲端设有固定底盘的基座，其侧壁设有固定铠装接头的通孔、安装导气三通的通孔、安装直角弯头的通孔，壳体开口端侧壁有固定外筒的螺纹孔，密封圈放置槽，壳体为一体结构。悬臂梁位于壳体盲端和底盘之间，通过固定装置固定于底盘，其正反面两贴有光纤光栅，尾纤通过安装铠装接头的通孔引出，悬臂梁和底盘之间安装有限位装置。底盘与壳体中的基座通过胶粘或螺丝固定，其中心有用于钢丝绳穿过的通孔，其边缘与上盖内壁密封连接。波纹管一端与底盘密封连接，另一端与钢丝绳一端密封连接。外筒侧壁底部分别设有安装导液三通和直角弯头的通孔，两个直角弯头和液位管组成液位观察装置。浮筒为上下两个底面均为锥形的柱体。

进一步地，安装导气三通的通孔位于底盘和壳体开口端之间。

进一步地，安装直角弯头的通孔位于底盘和壳体开口端之间。

进一步地，壳体由热传导性低的材料制作，或外部覆盖有热传导性低的材料。

进一步地，底盘由热传导性低的材料制作，或底盘外部覆盖有热传导性低的材料。

该发明的工作原理为，外筒内的液面高低变化会改变浮筒的浮力大小，进而改变对钢丝绳拉力，导致悬臂梁挠度发生变化，最终影响粘贴于悬臂梁双面的光纤光栅波长的漂移，通过两个光纤光栅的波长变化量就可反推出液面高低的变化。

本发明所具有的有益效果为：

1、光纤光栅完全密封于上盖内，不与外界环境接触，免于外界环境的干扰，也有利于延长传感器的使用寿命。

2、浮筒的下底面为锥形，有利于浮筒在液体中稳定；不利于浮筒放入液体中时产生气泡，影响测量精度，上底面为锥形，不利于液体附着于浮筒，进而影响浮筒重量和液面高度。

3、贴有光纤光栅的悬臂梁周围为热传导性低的材料，将环境温度带来的干扰降到最低。

4、光纤光栅双面粘贴于悬臂梁上下两面，实现温度自补偿。

附图说明

图1为本发明装置的剖视图。

图2为与图1垂直面的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例，使本发明的优点变得更加清楚和容易理解。

如图1、图2所示，一种光纤光栅静力水准仪包括上盖18、外筒16和浮筒9。部分上盖18嵌入外筒16，上盖18和外筒16接触处设有密封圈11，进一步地，上盖18和外筒16通过螺丝12固定。浮筒9与位于上盖18中的悬臂梁6端部通过钢丝绳8连接。

上盖18由壳体1、底盘2、悬臂梁6、悬臂梁固定装置5、波纹管18、限位装置7、铠装接头19、导气三通14、直角弯头10和光纤光栅20构成。所述壳体1一端开口，另一端为盲端，盲端设有固定底盘的基座4，壳体1侧壁设有固定铠装接头19的通孔3、安装导气三通14的通孔22、安装直角弯头10的通孔21，壳体1开口端侧壁有固定外筒的螺纹孔，密封圈放置槽，壳体1为一体结构。悬臂梁6位于壳体1盲端和底盘2之间，通过固定装置5固定于底盘2，其正反面两贴有光纤光栅20，尾纤经安装铠装接头19的通孔3引出，悬臂梁6和底盘2之间安装有限位装置7。底盘2与壳体1中的基座4通过胶粘或螺丝固定，其中心有用于钢丝绳8穿过的通孔，其边缘与上盖1内壁用密封胶密封。波纹管17一端与底盘2密封连接，另一端与钢丝绳8一端密封连接。外筒16侧壁底部分别设有安装导液三通15和直角弯头10的通孔，两个直角弯头10和液位管13构成液位观察装置。浮筒9为上下两个底面均为锥形的柱体。

进一步地，安装导气三通14的通孔22位于底盘2和壳体1开口端之间。

进一步地，安装直角弯头10的通孔21位于底盘2和壳体1开口端之间。

进一步地，壳体1由工程塑料制作而成。

进一步地，底盘2由不锈钢制作，底盘外部覆盖隔热棉。

该实施例能够实现稳定测量的关键因素为：

1、光纤光栅20位于壳体1与底盘2之间，底盘1与壳体2内壁密封，底盘2中心孔被波纹管17和钢丝绳8密封，不与外筒和外界环境中的气体和液体接触，免于外界环境的干扰。

2、浮筒9的下底面为锥形，有利于浮筒9在液体中稳定；避免浮筒9放入液体中时浮筒9下底面产生气泡，影响测量精度，上底面为锥形，不利于液体附着于浮筒9，进而影响浮筒重量和液面高度。

3、壳体1为低热传导系数的工程塑料，底盘2外部覆盖有隔热棉，外界温度对光纤光栅的影响很小。

4、光纤光栅20双面粘贴于悬臂梁6，实现了温度自补偿。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应该权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种光纤光栅静力水准仪包括上盖、外筒和浮筒，其特征在于：部分上盖嵌入外筒，上盖和外筒接触处设有密封圈；浮筒与位于上盖中的悬臂梁端部通过钢丝绳连接；上盖由壳体、底盘、悬臂梁、悬臂梁固定装置、波纹管、限位装置、铠装光缆接头、导气三通、直角弯头和光纤光栅构成；所述壳体一端开口，另一端为盲端，盲端设有固定底盘的基座，其侧壁设有固定铠装光缆接头的通孔、安装导气三通的通孔、安装直角弯头的通孔，壳体开口端侧壁有固定外筒的螺纹孔，密封圈放置槽，壳体为一体结构；悬臂梁位于壳体盲端和底盘之间，通过固定装置固定于底盘，其正反面两贴有光纤光栅，光纤尾纤通过安装铠装接头的通孔引出，悬臂梁和底盘之间安装有限位装置；底盘与壳体中的基座通过胶粘或螺丝固定，其中心有用于钢丝绳穿过的通孔，其边缘与上盖内壁密封连接；波纹管一端与底盘密封连接，另一端与钢丝绳一端密封连接；外筒侧壁底部分别设有安装导液三通和直角弯头的通孔，两个直角弯头和液位管组成液位观察装置；浮筒为上下两个底面均为锥形的柱体。

2.如权利要求1所述的一种光纤光栅静力水准仪，其特征是安装直角弯头的通孔位于底盘和壳体开口端之间。

3.如权利要求1所述的一种光纤光栅三静力水准仪，其特征是安装导气三通的通孔位于底盘和壳体开口端之间。

4.如权利要求1所述的一种光纤光栅静力水准仪，其特征是壳体由热传导性低的材料制作，或外部覆盖热传导性低的材料。

5.如权利要求1所述的一种光纤光栅静力水准仪，其特征是底盘由热传导性低的材料制作，或底盘外部覆盖有热传导性低的材料。

6.如权利要求1所述的一种光纤光栅静力水准仪，其特征是光纤光栅为有一定间距的两个光纤光栅。