CN106595509A - 光纤光栅式传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及边坡滑移与路基沉降监测领域，公开了一种光纤光栅式传感器，该传感器包括设置有光纤光栅(4)的光纤(3)、壳体(1)和设置在所述壳体(1)内的用于将所述壳体(1)的形变传递到的所述光纤光栅(4)的传递部，所述光纤(3)的一端穿出所述壳体(1)。通过利用本发明的传感器，能够实现对深部位移灵敏地监测，且本发明的传感器结构紧凑。

Description

光纤光栅式传感器

技术领域

本发明涉及边坡滑移与路基沉降监测领域，具体地，涉及一种光纤光栅式传感器。

背景技术

建筑物的地基或者公路、铁路的边坡与路基会随着时间发生缓慢的沉降，或者在地质灾害时发生形变，从而对底面的建筑物造成威胁。因此对边坡或者路基的监测十分重要，目前典型的深部位移监测用传感器有电容式或涡流式位移传感器。通过电传感器测得位移量并将位移量转换为电信号输入分析设备进行计算，最后得出深部滑移量。但是，电子类传感器存在密封性差、易漏电、易腐蚀、受电磁干扰、易受雷击等问题，在实际工程应用中存在很多问题。

光纤传感器采用光信号进行传感和传输，不存在上述电子类传感器的问题，现有的一种光纤光栅位移传感器采用在圆盘下面安装弹簧，弹簧再连接光纤光栅的方式感受深部位移，该设计必须采用较大直径的圆盘才能将土体的位移和应变传递到光纤光栅式传感器，限制了传感器的径向尺寸，增加了安装难度，同时需要利用弹性系数较低的弹簧，使得传感器的长度较长，降低了深部位移监测的空间分辨率，降低了传感器的灵敏度。

因此，需要一种结构紧凑且灵敏度较高的传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备，该设备能够实现对深部位移的灵敏监测，且该设备的结构紧凑。

为了实现上述目的，本发明提供一种光纤光栅式传感器，该传感器包括设置有光纤光栅的光纤、壳体和设置在所述壳体内的用于将所述壳体的形变传递到的所述光纤光栅的传递部，所述光纤的一端穿出所述壳体。

优选地，所述传递部包括设置在所述壳体内的弹性单元，所述弹性单元包括柔性壳体和填充在所述柔性壳体内的填充液，所述光纤光栅设置在所述柔性壳体内且两端密封地固定在所述柔性壳体上。

优选地，所述柔性壳体与所述壳体的竖直方向的端部之间留有间隙。

优选地，该传感器包括具有腔体的挤压件，所述挤压件与所述壳体接触以传递所述壳体的形变，所述弹性单元设置在所述腔体内。

优选地，所述挤压件由柔性材料制成，所述挤压件的内表面和外表面分别与所述柔性壳体和壳体的表面挤压。

优选地，所述壳体为柔性圆筒状管道，所述挤压件为内部具有腔体的圆柱体，所述挤压件的外周面与所述壳体的内周面接触。

优选地，所述填充液内没有气泡。

优选地，所述光纤上设置有多个所述光纤光栅，所述壳体内设置有与多个所述光纤光栅一一对应的多个所述传递部，所述光纤用于与解调仪连接。

通过上述技术方案，将壳体设置在需监测的边坡或者路基中，在边坡或者路基发生位移(沉降)时，壳体会发生形变并通过传递部将该形变传递到光纤光栅，光纤光栅上发生形变并将该形变以光信号的形式传递到外部，从而监测到边坡和路基发生的变形。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的优选实施方式的传感器的光纤光栅和传递部设置在壳体中的示意图；

图2是多个图1中所示的传感器的光纤光栅和传递部设置在壳体中的示意图。

附图标记说明

1 壳体 2 挤压件

3 光纤 4 光纤光栅

5 柔性壳体

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指图1中所示的传感器的内侧和外侧。

本发明提供一种传感器，该传感器包括设置有光纤光栅4的光纤3、壳体1和设置在所述壳体1内的用于将所述壳体1的形变传递到的所述光纤光栅4的传递部，所述光纤3的一端穿出所述壳体1。将壳体1设置在需监测的边坡或者路基之中，在边坡或者路基发生沉降等变形时，壳体1会受到土体变形引发的作用力而发生形变并通过传递部将该形变传递到光纤光栅4，光纤光栅4发生形变并将该形变以光信号的形式传递到外部的检测装置(例如解调仪，光纤3的穿出壳体1的一端可以连接至解调仪)，从而监测到边坡和路基发生的变形。其中壳体1的材质应该较软，从而能够在沉降发生时，较轻易的发生形变，另外由于地下的环境很潮湿，壳体1的材料还应该具有耐腐蚀的特点，从而尽可能保证该传感器的使用周期。

本发明的传感器的传递部可以以适当的方式将壳体1的形变传递到光纤光栅4，优选地，所述传递部包括设置在所述壳体1内的弹性单元，所述弹性单元包括柔性壳体5和填充在所述柔性壳体5内的填充液，所述光纤光栅4设置在所述柔性壳体5内且两端密封地固定在所述柔性壳体5上。当壳体1发生形变时，该形变可以传递到壳体1内的弹性单元，即填充有填充液的柔性壳体5，使得柔性壳体5发生形变，进而通过填充液的液压带动光纤光栅4发生形变。

其中，弹性单元应当与壳体1的较紧密地接触，光纤光栅4可以利用胶粘在柔性壳体5上，且在正常状态下光纤光栅4应该是略微绷紧地处在柔性壳体5(例如由橡胶制成的密封腔)中，使得柔性壳体5发生形变时，光纤光栅4的形变更为显著。需要说明的是，本发明的传递部并不限定为填充有填充液的柔性壳体的形式，任何能够接受并传递壳体1的形变的传递部，例如橡胶，均在本发明的保护范围之内。

为了在柔性壳体5发生形变时，柔性壳体5的上下两端能够自由地延伸，优选地，所述柔性壳体5与所述壳体1的竖直方向的端部之间留有间隙，这种布置还能防止在柔性壳体5向上下两端形变程度较大的情况下，与壳体1的上下两端挤压而发生破裂的情况。

本发明的传感器的传递部可以以适当的方式感应壳体1的形变，优选地，如图1所示，该传感器包括具有腔体的挤压件2，所述挤压件2与所述壳体1接触以传递所述壳体1的形变，所述弹性单元设置在所述腔体内。其中，在所述壳体和所述弹性单元的尺寸应该比较接近近，挤压件2可以在壳体1和柔性壳体5之间起缓冲的作用，同时挤压件2还能有效保护柔性壳体5，使得柔性壳体5免受腐蚀或者侵蚀。

该挤压件2可以以适当的方式接受壳体1的形变并向柔性壳体5传递形变，优选地，所述挤压件2由柔性材料制成(例如橡胶)，所述挤压件2的内表面和外表面分别与所述柔性壳体5和壳体1的表面挤压。在壳体1发生形变时，由于挤压件2的外表面与壳体1接触，壳体1的形变传递到挤压件2上，又由于挤压件2的内表面与柔性壳体5接触，从而将形变传递到柔性壳体5上。

优选地，所述壳体1为柔性圆筒状管道(例如由PVC钢丝管制成)，所述挤压件2为内部具有腔体的圆柱体，所述挤压件2的外周面与所述壳体1的内周面接触。柔性圆筒状的壳体1可以从不同的方向感应到路基的深部位移并将该深部位移均匀地反馈到自身所发生的形变上，为了配合壳体1的形状同时能够容纳弹性元件，挤压件2设置成相应的具有腔体的圆柱体，同时为了保证形变能够准确地被传递，挤压件2的外周面与所述壳体1的内周面接触。其中，为了便于固定光纤光栅4，使得光纤光栅4能够呈绷紧的状态，可以将光纤光栅4贯穿柔性壳体5并将光纤光栅4的两端固定在挤压件2的两端。

为了使柔性壳体5灵敏地接收到外界传递的形变，优选地，所述填充液内没有气泡。如果填充液中有气泡，即柔性壳体5的内部具有一定的间隙，当柔性壳体5被挤压而发生形变时，该间隙会缓冲外界传递的形变，造成柔性壳体5无法精确地发生相应的形变，从而降级了该传感器的灵敏度，因此填充液中不能有气泡。

在实际应用中，一般都在一段长度范围内监测边坡或者路基的深部位移，优选地，如图2所示，所述光纤3上设置有多个所述光纤光栅4，所述壳体1内设置有与多个所述光纤光栅4一一对应的多个所述传递部，所述光纤3用于与解调仪连接。同一束光纤3上可以均匀分布多个波长不同的光纤光栅4，每个光纤光栅4都有相对应的传递部向其传递形变，使得光纤光栅4的输出波长发生变化，最终传递到与光纤3连接的用于检测光纤光栅4的输出波长的解调仪。如此设置的传感器不仅可以扩大对于路基的深部位移的监测范围，还可以提高传感器的灵敏度，显著改善传感器的精确度。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种光纤光栅式传感器，其特征在于，该传感器包括设置有光纤光栅(4)的光纤(3)、壳体(1)和设置在所述壳体(1)内的用于将所述壳体(1)的形变传递到的所述光纤光栅(4)的传递部，所述光纤(3)的一端穿出所述壳体(1)。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传递部包括设置在所述壳体(1)内的弹性单元，所述弹性单元包括柔性壳体(5)和填充在所述柔性壳体(5)内的填充液，所述光纤光栅(4)设置在所述柔性壳体(5)内且两端密封地固定在所述柔性壳体(5)上。

3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述柔性壳体(5)与所述壳体(1)的竖直方向的端部之间留有间隙。

4.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，该传感器包括具有腔体的挤压件(2)，所述挤压件(2)与所述壳体(1)接触以传递所述壳体(1)的形变，所述弹性单元设置在所述腔体内。

5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述挤压件(2)由柔性材料制成，所述挤压件(2)的内表面和外表面分别与所述柔性壳体(5)和壳体(1)的表面挤压。

6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述壳体(1)为柔性圆筒状管道，所述挤压件(2)为内部具有腔体的圆柱体，所述挤压件(2)的外周面与所述壳体(1)的内周面接触。

7.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述填充液内没有气泡。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的传感器，其特征在于，所述光纤(3)上设置有多个所述光纤光栅(4)，所述壳体(1)内设置有与多个所述光纤光栅(4)一一对应的多个所述传递部，所述光纤(3)用于与解调仪连接。