CN107152924A - 竖置式光纤光栅压差传感器 - Google Patents

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张�浩
刘凯
胡军海
段君淼
韩亚爽
钟志鑫
甘鹭
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Abstract

本发明公开了竖置式光纤光栅压差传感器，包括壳体和传感器底座，所述壳体的内部设有传感段，传感段设有压环，压环上固定安装有压力膜片，压力膜片竖直放置在传感段的中部位置，压力膜片远离传感器侧盖的一侧设有压力室，压力室的两侧分别设有进液孔和出液孔；压力膜片上粘贴有压力传感光栅，压力传感光栅的一端连接有温度传感光栅，压力传感光栅和温度传感光栅相互远离的一端均连接有光纤。本发明通过改变压力膜片的厚度和与其联通的水箱的与传感器的高差可以方便的调节挠度测量范围和测量精度，适用于不同场合，具有体积小、安装简便、成本低、精度高等优点，便于进行大规模应用。

Description

竖置式光纤光栅压差传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及竖置式光纤光栅压差传感器。
背景技术
由于桥梁受到自重以及桥上荷载作用会产生一定的挠度，随着桥梁施工技术的发展，我国桥梁跨度正在不断增大，我国高铁也大量采用高架桥的形式，在高铁列车高速运行过程中，桥梁承受的动荷载容易引起桥梁产生较大变形。传统的挠度观测手段效率较低，而且受人为因素或环境因素影响较大，自动化程度和测量精度都不能满足实际需求。已有的光纤光栅桥梁挠度传感器受动荷载影响较大，测量产生的误差较大。并且由于高层建筑物施工、地下采矿或过度开采地下水、软土路基下沉等因素，会造成地基沉降。沉降观测对高层建筑物的安全、高铁行车安全等诸多方面都有十分重要的意义。传统的沉降观测手段效率较低，而且受人为因素或环境因素影响较大，自动化程度和测量精度都不能满足实际需求。
光纤光栅传感器是目前应用最为广泛的光纤传感器之一，可测量应变、温度、压力、位移、流量、液位等参数。其传感原理一般基于被测参数变化引起光栅周期和有效折射率的变化，从而导致光栅特征波长的变化，通过测量特征波长的移动量来测量上述参数。目前,国内外采用光纤光栅的压力或液位传感器非常多，但专门针对沉降以及桥梁挠度监测的光纤光栅传感器的报道较少。
现有的光纤光栅压差传感器提供测量范围小、测量精度低、结构复杂、施工不方便，为此我们提出一种竖置式光纤光栅压差传感器。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的竖置式光纤光栅压差传感器。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
竖置式光纤光栅压差传感器，包括壳体和传感器底座，壳体安装在传感器底座上，所述壳体的一侧设有开口，开口处设有传感器侧盖，传感器侧盖与壳体之间通过螺钉连接，所述壳体的内部设有传感段，传感段设有压环，压环安装在壳体的内部，压环上固定安装有压力膜片，压力膜片竖直放置在传感段的中部位置，压力膜片两侧分别设有第一垫圈和第二垫圈，压力膜片远离传感器侧盖的一侧设有压力室，压力室的两侧分别设有进液孔和出液孔，进液孔和出液孔分别延伸至壳体的外部，所述压力膜片上粘贴有压力传感光栅，压力传感光栅的一端连接有温度传感光栅，压力传感光栅和温度传感光栅相互远离的一端均连接有光纤，所述壳体的两侧侧壁上均设有通孔，光纤的两端分别穿过通孔延伸至壳体的外部，所述壳体的顶端设有排气管，排气管的一端连接有压力室，排气管远离压力室的一端设有排气盖。
优选的，所述传感器底座上设有螺纹孔，螺纹孔内设有螺钉，传感器底座与壳体通过螺钉连接。
优选的，所述压力室的两侧均设有弧形侧壁。
优选的，所述压力膜片为平膜片。
优选的，所述温度传感光栅不与压力膜片粘接，温度传感光栅在壳体内松散放置，且压力传感光栅、温度传感光栅和光纤均位于压力膜片远离压力室的一侧。
优选的，所述压环上设有凸块，壳体的内壁上设有凹槽，凸块和凹槽的截面积相同，凸块和凹槽相互卡接。
本发明的有益效果：
1、本装置利用压力膜片将液位差转换为膜片中心的应变，引起膜片上光纤布拉格光栅的应变和波长变化，从而由波长变化可精确测量沉降或桥梁挠度变化引起的液位差变化；
2、本装置通过改变压力膜片的厚度和与其联通的水箱的与传感器的高差可以方便的调节挠度测量范围和测量精度，适用于不同场合，具有体积小、安装简便、成本低、精度高等优点，便于进行大规模应用。
附图说明
图1为本发明提出的竖置式光纤光栅压差传感器的爆炸结构示意图；
图2为本发明提出的竖置式光纤光栅压差传感器的正式结构示意图。
图中：1传感器底座、2传感段、3传感器侧盖、4压力膜片、5压力室、6进液孔、7出液孔、8压力传感光栅、9温度传感光栅、10光纤、11通孔、12排气管、13排气盖、14、螺钉、15第一垫圈、16第二垫圈、17压环、18壳体。
具体实施方式
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实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-2，竖置式光纤光栅压差传感器，包括壳体18和传感器底座1，壳体18安装在传感器底座1上，壳体18的一侧设有开口，开口处设有传感器侧盖3，传感器侧盖3与壳体18之间通过螺钉连接，壳体18的内部设有传感段2，传感段2设有压环17，压环17安装在壳体18的内部，压环17上固定安装有压力膜片4，压力膜片4竖直放置在传感段2的中部位置，压力膜片4两侧分别设有第一垫圈15和第二垫圈16，压力膜片4远离传感器侧盖3的一侧设有压力室5，压力室5的两侧分别设有进液孔6和出液孔7，进液孔6和出液孔7分别延伸至壳体18的外部，压力膜片4上粘贴有压力传感光栅8，压力传感光栅8的一端连接有温度传感光栅9，压力传感光栅8和温度传感光栅9相互远离的一端均连接有光纤10，壳体18的两侧侧壁上均设有通孔11，光纤10的两端分别穿过通孔11延伸至壳体18的外部，壳体的顶端设有排气管12，排气管12的一端连接有压力室5，排气管12远离压力室5的一端设有排气盖13，传感器底座1上设有螺纹孔，螺纹孔内设有螺钉14，传感器底座1与壳体18通过螺钉连接，压力室5的两侧均设有弧形侧壁，压力膜片4为平膜片，温度传感光栅9不与压力膜片4粘接，温度传感光栅9在壳体18内松散放置，且压力传感光栅8、温度传感光栅9和光纤10均位于压力膜片4远离压力室5的一侧，压环17上设有凸块，壳体18的内壁上设有凹槽，凸块和凹槽的截面积相同，凸块和凹槽相互卡接。
实施例：传感器底座1与壳体18之间用M6螺钉14紧固，在压环17内先装上第一垫圈15，再安装压力膜片4，然后再放上第二垫圈16，再将压环17卡接在壳体18内，压力膜片4与传感段2右半部分形成压力室5，压力室5前后分别设置有进液孔6和出液孔7，压力室顶部设有排气管12。在传感器初次安装时，应通过排气管12将压力室5内的残余空气排除，然后采用排气盖13将压力室密封。在压差传感器安装时，进液孔6和出液孔7与外部连通管连接，联通管上接多个压差传感器来实现桥梁多个位置的挠度监测或沉降监测，连通管内液面与压力膜片之间的液位差会造成压力膜片中心的应变。压力传感光栅8紧贴在压力膜片4中心位置布置，温度传感光栅9与传感段2级压力膜片4接触，压力传感光栅8和温度传感光栅9串联，与压力传感光栅8和温度传感光栅9相连的光纤10通过器壁上的通孔11穿出。压力膜片宜采用平膜片，厚度在0.04mm到0.5mm之间，传感器监测沉降或桥梁挠度过程中，测量基准点位置保持不变，当传感器所在桥梁位置产生挠度时，测量基准点处液面与压力膜片4之间的液位差发生变化，导致膜片4产生应变，引起压力传感光栅8的应变，通过测量压力传感光栅的特征波长改变量来确定液位差的大小，从而得到桥梁的挠度变形量。温度传感光栅9用于补偿温度波动对沉降或挠度测量的影响，从而提高沉降或挠度的测量精度。本发明通过改变压力膜片的厚度和与其联通的水箱的与传感器的高差可以方便的调节沉降或挠度测量范围和测量精度，便于在不同场合进行应用。
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揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.竖置式光纤光栅压差传感器，包括壳体(18)和传感器底座(1)，壳体(18)安装在传感器底座(1)上，其特征在于，所述壳体(18)的一侧设有开口，开口处设有传感器侧盖(3)，传感器侧盖(3)与壳体(18)之间通过螺钉连接，所述壳体(18)的内部设有传感段(2)，传感段(2)设有压环(17)，压环(17)安装在壳体(18)的内部，压环(17)上固定安装有压力膜片(4)，压力膜片(4)竖直放置在传感段(2)的中部位置，压力膜片(4)两侧分别设有第一垫圈(15)和第二垫圈(16)，压力膜片(4)远离传感器侧盖(3)的一侧设有压力室(5)，压力室(5)的两侧分别设有进液孔(6)和出液孔(7)，进液孔(6)和出液孔(7)分别延伸至壳体(18)的外部，所述压力膜片(4)上粘贴有压力传感光栅(8)，压力传感光栅(8)的一端连接有温度传感光栅(9)，压力传感光栅(8)和温度传感光栅(9)相互远离的一端均连接有光纤(10)，所述壳体(18)的两侧侧壁上均设有通孔(11)，光纤(10)的两端分别穿过通孔(11)延伸至壳体(18)的外部，所述壳体的顶端设有排气管(12)，排气管(12)的一端连接有压力室(5)，排气管(12)远离压力室(5)的一端设有排气盖(13)。
2.根据权利要求1所述的竖置式光纤光栅压差传感器，其特征在于，所述传感器底座(1)上设有螺纹孔，螺纹孔内设有螺钉(14)，传感器底座(1)与壳体(18)通过螺钉连接。
3.根据权利要求1所述的竖置式光纤光栅压差传感器，其特征在于，所述压力室(5)的两侧均设有弧形侧壁。
4.根据权利要求1所述的竖置式光纤光栅压差传感器，其特征在于，所述压力膜片(4)为平膜片。
5.根据权利要求1所述的竖置式光纤光栅压差传感器，其特征在于，所述温度传感光栅(9)不与压力膜片(4)粘接，温度传感光栅(9)在壳体(18)内松散放置，且压力传感光栅(8)、温度传感光栅(9)和光纤(10)均位于压力膜片(4)远离压力室(5)的一侧。
6.根据权利要求1所述的竖置式光纤光栅压差传感器，其特征在于，所述压环(17)上设有凸块，壳体(18)的内壁上设有凹槽，凸块和凹槽的截面积相同，凸块和凹槽相互卡接。
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