CN105352637B - 管状应力传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管状应力传感器及其制造方法，管状应力传感器包括管体、位于管体的第一端的锥状的钉头、位于管体中的多个光栅和将光栅串联的光纤、位于管体的第二端的管壁上的开口，光纤将光栅串联后两端均由开口引出，钉头用于在管状应力传感器测量应力时在第二端受力的情况下进入未开孔的待测量的物体中，通过上述方式，本发明能够提高传感器的工作稳定性以及传感器布置的方便性。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及管状应力传感器及其制造方法。
背景技术
光纤光栅应力传感器可以应用在边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道、采场等地下硐室施工，利用光纤光栅应力传感器进行应力检测是一种在线监测方式。
现有的光纤光栅传感器在检测这些边坡、岩土深基坑时需要在墙壁上先开孔然后将光纤光栅等布置在孔内，将光纤引出，但是这样需要首先在待检测物体上开孔且由于不同的环境因素光纤光栅布置起来有时会很繁琐，光纤光栅在其中也会受到恶劣的环境因素的影响，导致检测的数据不准确。
因此，需要提供一种管状应力传感器及其制造方法，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种管状应力传感器及其制造方法，能够提高传感器的工作稳定性以及传感器布置的方便性。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种管状应力传感器，管状应力传感器包括管体、位于管体的第一端的锥状的钉头、位于管体中的多个光栅和将光栅串联的光纤、位于管体的第二端的管壁上的开口，光纤将光栅串联后两端均由开口引出，钉头用于在管状应力传感器测量应力时在第二端受力的情况下进入未开孔的待测量的物体中。
其中，多个光栅间隔排列于管体中，且相邻两光栅之间的间距在25-35mm之间。
其中，邻近第二端的管壁上设置有两个通孔，管体内部由已凝固的胶水填充以将光纤和多个光栅固定封装于管体内，两个通孔用于灌注胶水。
其中，胶水为环氧胶水。
其中，管体的长度为2000-3000mm。
其中，多个光栅的数量为320个。
其中，管体的材料为钢材。
其中，光纤上涂覆有聚酰亚胺。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种管状应力传感器的制造方法，其特征在于，制造方法包括：提供管体和位于管体的第一端锥状的钉头，管体的第二端的管壁上开有开口；将光纤和由光纤串联的多个光栅布置在管体内，并将光纤两端均从开口引出。
其中，制造方法进一步包括：通过设置在管体管壁上且邻近第二端的两个通孔将胶水填充在管体内；使胶水凝固，以将光纤和多个光栅固定封装于管体内。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明管状应力传感器包括管体、位于管体的第一端的锥状的钉头、位于管体中的多个光栅和将光栅串联的光纤、位于管体的第二端的管壁上的开口，光纤将光栅串联后两端均由开口引出，钉头用于在管状应力传感器测量应力时在第二端受力的情况下进入未开孔的待测量的物体中，开口使得在第二端受力锤入待测量的物体中时，不会砸到光纤，使光纤不易受损，管体保证了传感器工作的稳定性，由于钉头的设置传感器可以直接用大锤砸入待测量的物体中，不需要预先开孔，能够提高传感器的工作稳定性以及传感器布置的方便性。
附图说明
图1是本发明管状应力传感器的结构示意图；
图2是本发明管状应力传感器的制造方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
请参阅图1，图1是本发明管状应力传感器的结构示意图。在本实施例中，管状应力传感器包括管体11、位于管体11的第一端的锥状的钉头12、位于管体11中的多个光栅13和将光栅13串联的光纤14、位于管体11的第二端的管壁上的开口15，光纤14将光栅13串联后两端均由开口15引出，钉头12用于在管状应力传感器测量应力时在第二端受力的情况下进入未开孔的待测量的物体中。
例如利用大锤是管状应力传感器锤击第二端由于钉头12的设置使得传感器可以锤入未开孔的待测量的物体中，待测量的物体可以是边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道、采场等等。由于光纤14的两端由开口15引出，因此在锤击第二端时不会损坏光纤14。在使用时先将管状应力传感器锤入待测量的物体然后将光纤14的两端中的其中一端与光纤光栅解调仪器接在一起。由于光纤14的两端均由第二端的开口15引出，因此，当光纤14的一端坏了，另一端仍然可以使用。
在其他实施例中，第二端可以设置一个钉帽(图未示)，用于接收大锤的冲击力，钉帽为实心，且外径大于管体外径。
优选地，锥状的钉头12为实心，且材料为钢材。在其他实施例中，钉头12也可以为部分空心，材料也可以为其他。
优选地，多个光栅13间隔排列于管体11中，且相邻两光栅13之间的间距可以在25-35mm之间。更为优选地，相邻两光栅13之间的间距可以为30mm。
优选地，管体11为圆柱状。多个光栅13位于管体11中，且位于管体11内的中心位置。
优选地，邻近第二端的管壁上设置有两个通孔16，管体11内部由已凝固的胶水填充以将光纤14和多个光栅13固定封装于管体11内，两个通孔16用于灌注胶水。优选地，胶水为环氧胶水。更为优选地，胶水为航空胶水，具体为SY-40胶水。当然在其他实施例中可以选用其他的胶水。凝固后的胶水将光纤14、光栅13、管体11固定成一体，较好的提升了管状应力传感器的抗拉性能。同时由于灌注胶水，使得光栅13之间间距可以设置的较小，提高了传感器的检测分辨率而不影响传感器的稳定性。
优选地，管体11的长度为2000-3000mm。更为优选地，管体11的长度为2500mm。优选地，多个光栅13的数量为320个。在其他实施例中，管体11也可以选用其他的长度，光栅13的数量也可以为其他。
优选地，管体11的材料为钢材。更为优选地，管体11的材料为40#低碳钢。在其他实施例中，管体11也可以选用其他材料。
优选地，光纤14上涂覆有聚酰亚胺，使得光纤14可以在温度范围为-200～400℃的环境下正常工作。
请参阅图2，图2是本发明管状应力传感器的制造方法的流程图。在本实施例中，管状应力传感器的制造方法包括以下步骤：
步骤S11：提供管体和位于管体的第一端锥状的钉头，管体的第二端的管壁上开有开口。
在步骤S11中，例如，提供管体11和位于管体11的第一端锥状的钉头12，管体11的第二端的管壁上开有开口13。
步骤S12：将光纤和由光纤串联的多个光栅布置在管体内，并将光纤两端均从开口引出。
在步骤S12中，例如，将光纤14和由光纤14串联的多个光栅13布置在管体11内，并将光纤14两端均从开口15引出。
优选地，在步骤S12之后还可以包括：通过设置在管体11管壁上且邻近第二端的两个通孔16将胶水填充在管体11内；使胶水凝固，以将光纤14和多个光栅13固定封装于管体11内。
优选地，在将光纤和由光纤串联的多个光栅布置在管体内之前还可以包括：在光纤上涂覆聚酰亚胺。
在其他实施例中，在“通过设置在管体11管壁上且邻近第二端的两个通孔16将胶水填充在管体11内；使胶水凝固，以将光纤14和多个光栅13固定封装于管体11内”之后还可以包括在第二端固定一个钉帽，用于接收大锤的冲击力，钉帽为实心，且外径大于管体外径。
优选地，该方法中的管状应力传感器可以为前文所述各个实施例中所述的管状应力传感器，此处不再赘述。
本发明管状应力传感器包括管体、位于管体的第一端的锥状的钉头、位于管体中的多个光栅和将光栅串联的光纤、位于管体的第二端的管壁上的开口，光纤将光栅串联后两端均由开口引出，钉头用于在管状应力传感器测量应力时在第二端受力的情况下进入未开孔的待测量的物体中，开口使得在第二端受力锤入待测量的物体中时，不会砸到光纤，使光纤不易受损，管体保证了传感器工作的稳定性，由于钉头的设置传感器可以直接用大锤砸入待测量的物体中，不需要预先开孔，能够提高传感器的工作稳定性以及传感器布置的方便性。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种管状应力传感器，其特征在于，所述管状应力传感器包括管体、位于管体的第一端的锥状的钉头、位于所述管体中的多个光栅和将所述光栅串联的光纤、位于所述管体的第二端的管壁上的开口，所述光纤将所述光栅串联后两端均由所述开口引出，所述钉头用于在所述管状应力传感器测量应力时在所述第二端受力的情况下进入未开孔的待测量的物体中，所述开口周围靠近所述第二端的一侧未封闭，所述管体内部由已凝固的胶水填充以将所述光纤和所述多个光栅固定封装于所述管体内，所述胶水将所述光纤、所述光栅、所述管体固定成一体。
2.根据权利要求1所述的管状应力传感器，其特征在于，所述多个光栅间隔排列于所述管体中，且相邻两所述光栅之间的间距在25-35mm之间。
3.根据权利要求1所述的管状应力传感器，其特征在于，邻近所述第二端的管壁上设置有两个通孔，所述两个通孔用于灌注所述胶水。
4.根据权利要求1所述的管状应力传感器，其特征在于，所述胶水为环氧胶水。
5.根据权利要求1所述的管状应力传感器，其特征在于，所述管体的长度为2000-3000mm。
6.根据权利要求5所述的管状应力传感器，其特征在于，所述多个光栅的数量为320个。
7.根据权利要求1所述的管状应力传感器，其特征在于，所述管体的材料为钢材。
8.根据权利要求1所述的管状应力传感器，其特征在于，所述光纤上涂覆有聚酰亚胺。
9.一种管状应力传感器的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
提供管体和位于所述管体的第一端锥状的钉头，所述管体的第二端的管壁上开有开口，所述开口周围靠近所述第二端的一侧未封闭；
将光纤和由所述光纤串联的多个光栅布置在管体内，并将所述光纤两端均从所述开口引出；
利用胶水填充以将所述光纤和所述多个光栅固定封装于所述管体内，所述胶水将所述光纤、所述光栅、所述管体固定成一体。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法进一步包括：
通过设置在所述管体管壁上且邻近所述第二端的两个通孔将胶水填充在所述管体内；
使所述胶水凝固，以将所述光纤和所述多个光栅固定封装于所述管体内。
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