CN106932124A - 压力传感器及土体压力监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压力传感器及土体压力监测装置。其中，压力传感器包括：壳体，壳体具有至少两个方向上的安装面；至少两个传压部，各传压部设置在壳体的不同安装面上，传压部具有受压膜片和待检测膜片，受压膜片受到来自被测土体的压力后通过介质将压力传递给待检测膜片，使待检测膜片受力形变；用于检测待检测膜片的所受应力的应力检测部，应力检测部为多个，各待检测膜片处均设置有应力检测部。本发明中的压力传感器具有同步多面检测的功能，可以一次性的测量土体内多个方向上的压力情况，解决了现有技术中需要设置多个压力传感器以检测不同方向上的土压力的问题，具有操作简便、检测效率高、功能丰富的特点。

Description

压力传感器及土体压力监测装置

技术领域

本发明涉及土体压力测量领域，具体而言，涉及一种压力传感器及土体压力监测装置。

背景技术

工程施工中，例如隧道施工，需要在墙体中设置压力传感器以检测混凝土中的压力变化情况。由于现有的压力传感器只能测量一个方向的土体压力。当需要测量不同方向的土体压力时需在不同方向上填埋多个压力传感器，这既提高了检测成本，又可能因土体中传感器设置过多而造成土体松动的问题。

并且，现有装置通过圆柱或一层膜片传递土体压力，装置与土体接触面存在应力分布不均的情况，可能导致传感器监测误差。有的传感器只设置了应变监测光栅，没有设置温度补偿光栅，无法剔除温度影响，监测误差增加。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种压力传感器及土体压力监测装置，以解决现有技术中的压力传感器功能单一、操作复杂的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种压力传感器，包括：壳体，壳体具有至少两个方向上的安装面；至少两个传压部，各传压部设置在壳体的不同安装面上，传压部具有受压膜片和待检测膜片，受压膜片受到来自被测土体的压力后通过介质将压力传递给待检测膜片，使待检测膜片受力形变；用于检测待检测膜片的所受应力的应力检测部，应力检测部为多个，各待检测膜片处均设置有应力检测部。

进一步地，壳体为六面体结构，壳体的每个安装面上都设置有传压部，每个传压部上均设置有应力检测部。

进一步地，传压部具有腔体，腔体中填充有液压油，受压膜片受压后推动液压油向待检测膜片施压。

进一步地，待检测膜片与受压膜片相对设置，且待检测膜片相对于受压膜片靠近安装面。

进一步地，传压部的至少一部分凸出设置在安装面的外侧，且受压膜片位于安装面的外侧。

进一步地，安装面具有避让孔，传压部嵌设在避让孔处，待检测膜片与安装面平齐。

进一步地，传压部具有液压油嘴，液压油嘴与腔体连通。

进一步地，传压部为圆柱形结构，圆柱形结构的侧面上具有液压油嘴，且受压膜片和待检测膜片位于圆柱形结构的相对设置的平面上。

进一步地，各传压部上的应力检测部之间串联或并联。

进一步地，压力传感器包括多个固定柱，多个固定柱两两一组分别安装在待检测膜片上，同一待检测膜片上的两个固定柱间隔设置，应力检测部为测力光栅，测力光栅的两端分别与同一组的两个固定柱连接。

进一步地，压力传感器还包括温度补偿部，温度补偿部设置在壳体内并与应力检测部连接。

进一步地，压力传感器还包括温度补偿部，温度补偿部为设置在壳体内的温度补偿光栅。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种土体压力监测装置，包括压力传感器，压力传感器为上述的压力传感器。

进一步地，土体压力监测装置还包括光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪与压力传感器连接，以接收并显示压力传感器的检测信号。

应用本发明的技术方案，使用该压力传感器检测土体压力时，将该压力传感器置于被测土体中，由于壳体上的至少两个不同方向的安装面上均设置有传压部，因而各受压膜片受到的土体压力的方向也会不同，受压膜片受到的土体压力通过流体介质传递给待检测膜片，应力检测部通过检测各待检测膜片的形变就能检测不同方向的土体压力。

也就是说，本发明中的压力传感器具有同步多面检测的功能，可以一次性的测量土体内多个方向上的压力情况具有操作简便、检测效率高、功能丰富的特点。由于无需填埋多个压力传感器，一方面降低了检测成本，一方面避免了土体中因填埋过多的压力传感器造成土体松动的问题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的压力传感器的立体结构示意图；

图2示出了图1中的压力传感器的局部剖视示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、壳体；20、传压部；21、受压膜片；22、待检测膜片；23、液压油嘴；30、应力检测部；40、温度补偿部；50、固定柱。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

为了解决现有技术中的压力传感器功能单一、操作复杂的问题土体压力，本发明提供了一种压力传感器。

如图1和图2所示，该压力传感器包括：壳体10，壳体10具有至少两个方向上的安装面；至少两个传压部20，各传压部20设置在壳体10的不同安装面上。传压部20具有受压膜片21和待检测膜片22，受压膜片21受到来自被测土体的压力后通过流体介质将压力传递给待检测膜片22，使待检测膜片22受力形变。该压力传感器还具有用于检测待检测膜片22的所受应力的应力检测部30，应力检测部30为多个，各待检测膜片22处均设置有应力检测部30。

使用该压力传感器检测土体压力时，将该压力传感器置于被测土体中，由于壳体10上的至少两个不同方向的安装面上均设置有传压部20，因而各受压膜片21受到的土体压力的方向也会不同，受压膜片21受到的土体压力通过流体介质传递给待检测膜片22，应力检测部30通过检测各待检测膜片22的形变就能检测不同方向的土体压力。

也就是说，本发明中的压力传感器具有同步多面检测的功能，可以一次性的测量土体内多个方向上的压力情况，从而具有操作简便、检测效率高、功能丰富的特点。由于无需填埋多个压力传感器，一方面降低了检测成本，另一方面避免了土体中因填埋过多的压力传感器造成土体松动的问题。

在本实施例中，受压膜片21的作用是承受土体的压力，由于土体在受压膜片21的表面可能分布不均，这样就会导致受压膜片21的形变不是均匀的，从而导致检测误差。为了消除这种误差，该压力传感器还设置有待检测膜片22。受压膜片21受压后，通过流体介质将压力传递到待检测膜片22上，通过介质传导，消除待检测膜片22受力不均匀的情况，从而可以减小土体压力分布不均匀造成的测量误差。

如图1所示，壳体10为六面体结构，壳体10的每个安装面上都设置有传压部20，每个传压部20上均设置有应力检测部30。这样，使用一个该压力传感器可以同时测量六个方向上的土体压力，与现有技术中只能测得一个方向的土体压力的压力传感器相比，省去了在土体的不同方向上填埋多个压力传感器，既降低了检测成本，又避免了土体中因填埋过多的压力传感器造成土体松动的问题。

可选的，传压部20具有腔体，腔体中填充有液压油，受压膜片21受压后推动液压油向待检测膜片22施压。液压油就是上述的介质。受压膜片21受到的不均匀的应力通过液压油传递到待检测膜片22后变成分布均匀的应力，从而可以减少应力检测部30的测量误差。

为了便于传压，待检测膜片22与受压膜片21相对设置，且待检测膜片22相对于受压膜片21靠近安装面。

可选的，传压部20的至少一部分凸出设置在安装面的外侧，且受压膜片21位于安装面的外侧。由于受压膜片21的形变量大小直接反应所受土体压力的大小，因而将受压膜片21凸出设置在安装面的外侧，可以使其直接与土体接触。

可选的，安装面具有避让孔，传压部20嵌设在避让孔处，待检测膜片22与安装面平齐。作为一种可选的实施方式，也可将待检测膜片22凸出设置在安装面的内侧，使连接受压膜片21与待检测膜片22的侧面嵌设在避让孔处，为了使传压部20能牢固设置在壳体10上，传压部20的侧面可与壳体10的安装面焊接连接。

可选的，传压部20具有液压油嘴23，液压油嘴23与腔体连通。通过液压油嘴23以添加或减少腔体中的液压油。在无需添加或减少液压油的情况下，液压油嘴23上盖设有密封盖。

如图1所示，传压部20为圆柱形结构，圆柱形结构的侧面上具有液压油嘴23，且受压膜片21和待检测膜片22位于圆柱形结构的相对设置的平面上。受压膜片21和待检测膜片22相对设置，有利于土体压力的直接传递而不会改变应力的方向。

可选的，各传压部20上的应力检测部30之间串联或并联。本实施例中，在壳体10的其中一个安装面上开设有用于穿过接线的两个过孔，接线的一端从穿进壳体10，将多个应力检测部30串联之后从另一个过孔中穿出，并且接线穿出过孔后还能穿进另外一个压力传感器的过孔中，以连接多个压力传感器。

如图2所示，压力传感器包括多个固定柱50，多个固定柱50两两一组分别安装在待检测膜片22上，同一待检测膜片22上的两个固定柱50间隔设置，应力检测部30为测力光栅，测力光栅的两端分别与同一组的两个固定柱50连接。

在本实施例中，两个固定柱50垂直于待检测膜片22设置。且两个固定柱50对称设置在待检测膜片22上。待检测膜片22受压形变，会引起两个固定柱50的间距变化，进而使测力光栅发生波长漂移，即光栅所受应力或温度发生改变时反射波长产生改变，通过检测波长的改变实现对土体压力变化进行检测。

如图2所示，压力传感器还包括温度补偿部40，温度补偿部40设置在壳体10内并与应力检测部30连接。由于在测量土体压力过程中需要进行实时检测，而在不同时间段内土体的温度有所变化，考虑温度变化可能会降低应力检测部30的检测精度，故而在壳体10内设置温度补偿部40，以确保应力检测部30的检测精度。

在本实施例中，应力检测部30为测力光栅，前面已经提到，光栅在所受应力或温度发生改变时反射波长都会产生改变，为了消除温度变化对测力光栅的波长的影响，在壳体10内设置温度补偿部40，即温度补偿光栅，将其置于壳体10内的不会产生形变的位置，在该位置处，光栅的波长只会因温度不同而产生变化，通过检测该温度补偿光栅的波长的变化情况，即可知晓测力光栅在检测土体压力的同时因温度不同引起的波长的变化量，从而就能间接得出测力光栅因土体压力变化产生的那部分波长的变化量。因此，温度补偿部40的设置可以提高压力传感器的检测精度。

本发明还提供了一种土体压力监测装置，包括压力传感器，压力传感器为上述的压力传感器。通过使用该压力传感器可以同时测得多个方向上的土体压力，省去了在土体的不同方向上填埋多个压力传感器，既降低了检测成本，又避免了土体中因填埋过多的压力传感器造成土体松动的问题。

可选的，土体压力监测装置还包括光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪与压力传感器连接，以接收并显示压力传感器的检测信号。通过光纤光栅解调仪接收并显示压力传感器传递的检测信号，就可知晓土体压力的大小及其变化情况。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明中的压力传感器具有同步多面检测的功能，可以一次性的测量土体内多个方向上的压力情况，从而具有操作简便、检测效率高、功能丰富的特点。由于无需填埋多个压力传感器，一方面降低了检测成本，一方面避免了土体中因填埋过多的压力传感器造成土体松动的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种压力传感器，其特征在于，包括：

壳体(10)，所述壳体(10)具有至少两个方向上的安装面；

至少两个传压部(20)，各所述传压部(20)设置在所述壳体(10)的不同安装面上，所述传压部(20)具有受压膜片(21)和待检测膜片(22)，所述受压膜片(21)受到来自被测土体的压力后通过介质将压力传递给待检测膜片(22)，使待检测膜片(22)受力形变；

用于检测所述待检测膜片(22)的所受应力的应力检测部(30)，所述应力检测部(30)为多个，各所述待检测膜片(22)处均设置有所述应力检测部(30)。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述壳体(10)为六面体结构，所述壳体(10)的每个安装面上都设置有所述传压部(20)，每个所述传压部(20)上均设置有所述应力检测部(30)。

3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述传压部(20)具有腔体，所述腔体中填充有液压油，所述受压膜片(21)受压后推动所述液压油向所述待检测膜片(22)施压。

4.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述待检测膜片(22)与所述受压膜片(21)相对设置，且所述待检测膜片(22)相对于所述受压膜片(21)靠近所述安装面。

5.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述传压部(20)的至少一部分凸出设置在所述安装面的外侧，且所述受压膜片(21)位于所述安装面的外侧。

6.根据权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，所述安装面具有避让孔，所述传压部(20)嵌设在所述避让孔处，所述待检测膜片(22)与所述安装面平齐。

7.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，所述传压部(20)具有液压油嘴(23)，所述液压油嘴(23)与所述腔体连通。

8.根据权利要求7所述的压力传感器，其特征在于，所述传压部(20)为圆柱形结构，所述圆柱形结构的侧面上具有所述液压油嘴(23)，且所述受压膜片(21)和所述待检测膜片(22)位于所述圆柱形结构的相对设置的平面上。

9.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，各所述传压部(20)上的所述应力检测部(30)之间串联或并联。

10.根据权利要求9所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器包括多个固定柱(50)，多个所述固定柱(50)两两一组分别安装在所述待检测膜片(22)上，同一所述待检测膜片(22)上的两个所述固定柱(50)间隔设置，所述应力检测部(30)为测力光栅，所述测力光栅的两端分别与同一组的两个所述固定柱(50)连接。

11.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器还包括温度补偿部(40)，所述温度补偿部(40)设置在所述壳体(10)内并与所述应力检测部(30)连接。

12.根据权利要求10所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器还包括温度补偿部(40)，所述温度补偿部(40)为设置在所述壳体(10)内的温度补偿光栅。

13.一种土体压力监测装置，包括压力传感器，所述压力传感器为权利要求1至12中任一项所述的压力传感器。

14.根据权利要求13所述的土体压力监测装置，其特征在于，所述土体压力监测装置还包括光纤光栅解调仪，所述光纤光栅解调仪与所述压力传感器连接，以接收并显示所述压力传感器的检测信号。