CN110987034A - 一种基于液压联动的光纤传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于液压联动的光纤传感装置，包括：主动缸体、主动活塞、传动连杆、压缩弹簧、导管、从动缸体、从动活塞、光纤挂钩；其主动活塞与主动缸体套接，传动连杆穿过主动缸体的上盖与主动活塞相连，压缩弹簧套在传动连杆裸露在主动缸体外的部分，压缩弹簧的一端与主动缸体上盖连接，压缩弹簧的一端在主动缸体外与传动连杆远离主动活塞的一端相连，主动缸体与从动缸体以导管相连，从动活塞与从动缸体套接，从动活塞下方与光纤挂钩相连。本发明直接利用这些光纤或光缆中的闲置纤芯实现传感，不需要重新铺设用于光纤传感的光纤或光缆，提高了装置的适应性，也降低了安装施工技术难度，具有在恶劣地下隧道环境中良好的适应性。
Description
技术领域
本发明属于电缆隧道检查井安全防范技术领域，更具体地，涉及一种基于液压联动的光纤传感装置。
背景技术
电缆隧道检查井盖是电缆隧道(沟)检查井口可开启的封闭物。为便于开启，往往直接压合在检查井口的井座上。但是井盖被盗和井盖被暴雨造成的流水冲开时有发生，特别是渍水时，缺失井盖压合的检查井井口给道路上的行人和交通工具带来了巨大的安全隐患。传统的井盖报警器多为电子报警器，其通过移动网络发出报警信号。当电子报警器远离移动通信基站时或报警器因信号被阻挡时，报警器的额通信模块会频繁向基站发出连接请求。这些连接请求具有较高发射功率，会急剧消耗报警器内置电池电量，降低报警器的续航时间。
光纤传感作为新型无源传感技术，不依赖电池电量，传感距离远，铺设成本低，还可直接使用现有的通信光缆纤芯资源，是长距离安全防范的重要手段。公开号为CN104950343A的中国发明专利公开了“一种基于光纤传感的井盖监测系统及方法”，其“探测光纤包括多根光纤，每个井盖下方固定预设长度的光纤，每根光纤同时监测多个井盖，多根光纤使多个井盖组成了井盖监测网络；”显然，该方案需要重新铺设预设长度的光纤，而长距离探测将带来巨大的井下光纤铺设与井下光纤熔接施工成本。
公开号为CN106772662A的中国发明专利公开了一种有线电视光纤网络埋地井盖的监控装置，装置由包括远端探头、局端设备、有线电视光纤网络，其“远端探头”中“所述杆体的圆孔在活动杆向下向上移动时，对右端尾纤与左端尾纤之间的光通道大小产生影响”实质为光纤与活动杆组成的光开关。从而实现对井盖压合与否的传感。公告号为CN204087406U中国实用新型专利公开了一种感应光纤式井盖开启告警装置包括至少一个圈形触发装置该圈形触发装置包括胶体，保护薄钢片和感应光纤，感应光纤设置在两胶体之间，从而实现光纤对井盖压合与否的传感。上述两个技术方案在不重新铺设传感光纤或光缆的前提下，都必须依赖与将电力通信光纤引至井盖附近。但是由于早期施工的不规范或电力系统扩容需要，埋设在电力电缆沟(隧道)中的电力通信光纤多数都被压或混杂在数十根电力电缆束里。一方面我们很难把混杂在电力电缆束中的电力通信光缆分拣出来，另一方面有限的预留冗余长度也很难满足将其直接挂接在需要监测的井盖上。所以很难直接利用电力通信光缆中光信号的偏振态变化振动传感技术来监测电缆沟检查井盖的变化情况。
公告号为CN203838833U中国实用新型专利公开了一种基于光纤传感的城市管网防侵入报警装置，其“振动触发装置包括设置在井盖底部的井盖挂钩、与井盖挂钩相配合的牵引挂钩、套设在探测光纤外表面的复位弹簧，所述的牵引挂钩通过耐拉伸的丝线与复位弹簧连接，复位弹簧通过固定螺钉安装在井壁上。”该技术方案虽然可以在较远的距离上将井盖压合变化反映在光纤中的传感光信号上，但是由于使用拉伸的丝线，其没有任何外壳保护直接设置在井壁和井盖之间，当水流冲击、小动物经过、垃圾淤泥扰动时，均容易扰动丝线从而引起光纤传感信号变化而误报警。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于液压联动的光纤传感装置，其目的在于利用现有的电力通信光缆中闲置纤芯资源作为传感介质实现光纤传感系统的应用，由此解决井下光纤铺设与井下光纤熔接施工成本高和其它技术方案容易引起误报警的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于液压联动的光纤传感装置，包括：主动缸体1、主动活塞2、传动连杆3、压缩弹簧4、导管5、从动缸体6、从动活塞7、光纤挂钩8；
主动活塞2与主动缸体1套接，传动连杆3穿过主动缸体1的上盖与主动活塞2相连，压缩弹簧4套在传动连杆3裸露在主动缸体1外的部分，压缩弹簧4的一端与主动缸体1上盖连接，压缩弹簧4的一端在主动缸体1外与传动连杆3远离主动活塞2的一端相连，主动缸体1与从动缸体6以导管5相连，从动活塞7与从动缸体6套接，从动活塞7下方与光纤挂钩8相连。
当井盖抬起时，传动连杆3受压缩弹簧4形变的恢复向上拉动主动活塞2，主动缸体1、从动缸体6中压强变小，使得从动活塞7向上运动拉起挂接在光纤挂钩8上的电力通信光纤。
优选的，传动连杆3为中空结构，用于降低传动连杆3的重量，有利于降低井盖移开后压缩弹簧4从压缩状态恢复原状时受传动连杆3重力的影响。
优选的，传动连杆3具体为两段旋转可伸缩结构，用于调整传动连杆3长度，以适应井盖下方主动缸体1与井盖不同的安装距离。
优选的，导管5具体为金属导管，
优选的，金属导管具体为铜制金属导管，铜制金属导管具有一定刚性，但也具备可弯折性，既便于主动缸体1与从动缸体6的连接，也可以降低水流淤泥挤压管线造成主动、从动缸体6内液体压力的变化。
优选的，传动连杆3的材质为非金属材料。通过采用非金属材料降低传动连杆3的导热性能有助于防止夏季传动连杆3将处于地表的金属井盖的热量传导到传动液体，造成传动液体体积在高温下膨胀；降低传动连杆3的导热性能也有助于防止冬季传动连杆3将传动液体的热量传导到井盖，造成传动液体在低温下凝固。
优选的，传动连杆3的材质为工程塑料。
金属导管外有包覆层，用于保温隔热；
主动缸体1、从动缸体6和金属导管中灌注的传动液体具体为热导系数低于0.14W/(m·K)，且冷凝温度低于-30℃的低温液压油，低温液压油主要有：航空液压油、低凝抗磨液压油和多级液压油，由于航空液压油具有更低的黏度，低温下具有更好的流动性，所以本系统中优选航空液压油。
优选的，从动缸体6下部无传动液体部分为中空的扰动腔体，扰动腔体是由从动缸体6的侧壁向下延申构成的中空腔体，所以从动缸体6的侧壁也用来防止挂接在光纤挂钩8上的光纤受到流水、垃圾、淤泥的冲击而产生误报警，避免误报警与报警失效的发生。在扰动腔体内，从动活塞7通过活塞往复运动带动光纤挂钩8运动，使挂接在光纤挂钩8上的光纤产生形变，从而产生对光纤的扰动。从动缸体6侧壁靠下部位有用于穿入光纤或光缆的开孔；从动缸体6底部有可拆卸的底盖，用于在打开底盖后挂接、安装光纤光缆。在安装完成后底盖关闭，防止流水、淤泥、垃圾涌入从动缸体6底部冲击扰动腔体内的光纤及连接结构件。
优选的，光纤挂钩8上设有弹簧锁扣，在从动活塞7下落时，防止光纤或光缆从挂钩上滑脱。
优选的，从动活塞7与光纤挂钩8之间还包括一个可水平旋转并可锁定旋转角度的旋转机构。锁定的旋转角度具体是0度～180度，锁定的旋转角度优选0度和180度两个角度。当挂接光纤或者光缆后，可通过旋钮将光缆挂接点点旋转约180度，使光纤或光缆在挂接点下方交错，有助于加大从动活塞7向上运动时拉扯光纤或光缆所产生的光纤光缆形变，也便于在井下快速挂接并交错安装光纤光缆。
优选的，旋转机构上方或下方还有一个高度调节装置，用于微调光纤挂钩8的高度。
优选的，高度调节装置具体为串接在光纤挂钩8与从动活塞7之间由螺杆和螺母套接而成。可通过旋转螺纹调整光纤挂钩8与从动活塞7之间的距离。
优选的，光纤挂钩8上方与从动活塞7之间还串接有起振弹簧。在偏振态光纤传感中，短促的偏振态变化信号容易混在在噪声中不易辨认，我们考虑到通过弹簧延长光纤受到扰动的时长。在光纤挂钩8随从动活塞7向上移动时，起振弹簧通过突然拉升后的往复运动延长光纤受到扰动的时长。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于本发明采用光纤挂钩8在电缆隧道内直接挂接已经铺设好的用于电力通信的光纤或光缆，直接利用这些光纤或光缆中的闲置纤芯实现传感，不需要重新铺设用于光纤传感的光纤或光缆。
其次，由于本发明采用导管5连接的分体设计，使得主动缸体1和从动缸体6远离，并分置于井盖和隧道中，不需要将已经铺设好的用于电力通信的光纤或光缆拉出并挂接在井盖上或井盖附近，提高了装置的适应性，也降低了安装施工技术难度。
再次，本发明采用一定刚性的导管5来传导主动活塞2与从动活塞7中的液体流动与压力，导管5不受流水、小动物、垃圾、淤泥的扰动影响而改变液体流动与压力变化，流水、小动物、垃圾、淤泥的扰动不会引起误报警，所以具有在恶劣地下隧道环境中良好的适应性。
附图说明
图1是一种基于液压联动的光纤传感装置的组成结构示意图；
图2是一种基于液压联动的光纤传感装置的从动缸体内部结构示意图；
图3是一种基于液压联动的光纤传感装置光纤挂钩的弹簧锁扣结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下面结合图1说明本发明一种基于液压联动的光纤传感装置的具体结构:
包括：主动缸体1、主动活塞2、传动连杆3、压缩弹簧4、导管5、从动缸体6、从动活塞7、光纤挂钩8；
主动活塞2与主动缸体1套接，传动连杆3穿过主动缸体1的上盖与主动活塞2相连，压缩弹簧4套在传动连杆3裸露在主动缸体1外的部分，压缩弹簧4的一端与主动缸体1上盖连接，压缩弹簧4的一端在主动缸体1外与传动连杆3远离主动活塞2的一端相连，主动缸体1与从动缸体6以导管5相连，从动活塞7与从动缸体6套接，从动活塞7下方与光纤挂钩8相连。
在本实施例的某些具体应用场景中，压缩弹簧4可根据光纤或光缆硬度对应更换不同强度的弹簧器件。
在本实施例的某些具体应用场景中，传动连杆3为中空结构，用于降低传动连杆3的重量，有利于降低井盖移开后压缩弹簧4从压缩状态恢复原状时受传动连杆3重力的影响。
进一步的，传动连杆3具体为两段旋转可伸缩结构，用于调整传动连杆3长度，以适应井盖下方主动缸体1与井盖不同的安装距离。
在本实施例的某些具体应用场景中，导管5具体为金属导管，金属导管具有较好的刚性，不同于普通软管，不易受水流冲击发生形变进而导致从动缸体6液面高度发生变化。
进一步的，金属导管5具体为铜制金属导管，铜制金属导管具有一定刚性，但也具备可弯折性，既便于主动缸体1与从动缸体6的连接，也可以降低水流淤泥挤压管线造成主动缸体1、从动缸体6内液体压力的变化。进一步的，传动连杆3的材质为非金属材料。非金属材料有助于降低传动连杆3的导热性能，防止夏季传动连杆3将处于地表的金属井盖的热量传导到传动液体，造成传动液体体积在高温下膨胀；降低传动连杆3的导热性能也可以防止冬季传动连杆3将传动液体的热量传导到井盖，造成传动液体在低温下凝固。金属导管外有包覆层，用于保温隔热；
主动缸体1、从动缸体6和导管5中灌注的传动液体具体为热导系数低于0.14W/(m·K)，且冷凝温度低于-30℃的低温液压油，低温液压油主要有：航空液压油、低凝抗磨液压油和多级液压油，由于航空液压油具有更低的黏度，低温下具有更好的流动性，所以本实施例中优选航空液压油。
进一步的，传动连杆3的材质为工程塑料。工程塑料的热导系数一般都低于0.3W/(m·K)，远低于任何一种金属材料的热导系数。
进一步的，考虑到中国南方高温环境下低温液压油的易燃性，低温液压油还可以选用抗燃低温液压油，抗燃低温液压油是一种以有机酸酯为基础油，具有火焰自动熄灭功能和很强的生物降解性的抗燃液压油。不仅具有优秀的抗氧化、防磨损、防锈和防泡沫性能，还可以把油品与火焰或炽热表面接触时发生火灾和爆炸的危险降到最低。同时抗燃低温液压油具有良好的的抗凝和低温流动性，可在-40℃环境下使用；
在本实施例的某些具体应用场景中，如图2所示，从动缸体6下部无传动液体部分为中空的扰动腔体，扰动腔体是由从动缸体6的侧壁向下延申构成的中空腔体，所以从动缸体6的侧壁也用来防止挂接在光纤挂钩8上的光纤受到流水、垃圾、淤泥的冲击而产生误报警，避免误报警与报警失效的发生。在扰动腔体内，从动活塞7通过活塞往复运动带动光纤挂钩8运动，使挂接在光纤挂钩8上的光纤产生形变，从而产生对光纤的扰动。从动缸体6侧壁靠下部位有用于穿入光纤或光缆的开孔；从动缸体6底部有可拆卸的底盖，用于在打开底盖后挂接、安装光纤光缆。在安装完成后底盖关闭，防止流水、淤泥、垃圾涌入从动缸体6底部冲击扰动腔体内的光纤及连接结构件。
进一步的，从动活塞7与光纤挂钩8之间还包括一个可水平旋转并可锁定旋转角度的旋转机构。锁定的旋转角度具体是0度～180度，锁定的旋转角度优选0度和180度。当挂接光纤或者光缆后，可通过旋钮将光缆挂接点点旋转约180度，使光纤或光缆在挂接点下方交错，有助于加大从动活塞7向上运动时拉扯光纤或光缆所产生的光纤光缆形变，也便于在井下快速挂接并交错安装光纤光缆。如图2所示，具体实施中，旋转机构水平旋转180度，使得光纤圈成一个直径不超过6cm的圈。此时本装置对光纤的扰动最为敏感。
进一步的，旋转机构上方或下方还有一个高度调节装置，用于微调光纤挂钩8的高度。
进一步的，高度调节装置具体为串接在光纤挂钩8与从动活塞7之间由螺杆和螺母套接而成。可通过旋转螺纹调整光纤挂钩8与从动活塞7之间的距离。
进一步的，光纤挂钩8上方与从动活塞7之间还串接有起振弹簧，在光纤挂钩8随从动活塞7向上移动时，通过突然拉升后的往复运动延长光纤受到扰动的时长。在偏振态光纤传感中，短暂的偏振态变化，偏振态变化信号容易混在在噪声中不易辨认，通过弹簧延长光纤受到扰动的时长。
在本实施例的某些具体应用场景中，如图3所示，光纤挂钩8上设有弹簧锁扣，在从动活塞7下落时，防止光纤或光缆从挂钩上滑脱。
进一步的，电力通信光纤为24芯～128芯任意一种的普通铠装多芯光纤，普通铠装多芯光纤的外径需要小于8cm，优选1cm，约1cm外径的普通铠装多芯光纤一般为普通96芯铠装光纤，完全满足电力通信、光纤传感使用。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于液压联动的光纤传感装置，其特征在于，包括：主动缸体(1)、主动活塞(2)、传动连杆(3)、压缩弹簧(4)、导管(5)、从动缸体(6)、从动活塞(7)、光纤挂钩(8)；
主动活塞(2)与主动缸体(1)套接，传动连杆(3)穿过主动缸体(1)的上盖与主动活塞(2)相连，压缩弹簧(4)套在传动连杆(3)裸露在主动缸体(1)外的部分，压缩弹簧(4)的一端与主动缸体(1)上盖连接，压缩弹簧(4)的一端在主动缸体(1)外与传动连杆(3)远离主动活塞(2)的一端相连，主动缸体(1)与从动缸体(6)以导管(5)相连，从动活塞(7)与从动缸体(6)套接，从动活塞(7)下方与光纤挂钩(8)相连；
光纤挂钩(8)上设有弹簧锁扣，以防止光纤滑脱。
2.如权利要求1所述的基于液压联动的光纤传感装置，其特征在于，所述传动连杆(3)为中空结构。
3.如权利要求2所述的基于液压联动的光纤传感装置，其特征在于，所述传动连杆(3)具体为两段可伸缩结构。
4.如权利要求1所述的基于液压联动的光纤传感装置，其特征在于，所述导管(5)具体为金属导管。
5.如权利要求4所述的基于液压联动的光纤传感装置，其特征在于，所述传动连杆(3)的材质为非金属材料；
所述导管(5)外有隔热保温包覆层；
所述主动缸体(1)、所述从动缸体(6)和所述导管(5)中灌注的传动液体具体为热导系数低于0.14W/(m·K)，且冷凝温度低于-30℃的低温液压油。
6.如权利要求5所述的基于液压联动的光纤传感装置，其特征在于，传动连杆3的材质为工程塑料。
7.如权利要求1所述的一种基于液压联动的光纤传感装置，其特征在于，所述从动缸体(6)下部无传动液体部分为中空的扰动腔体，从动缸体(6)侧壁靠下部位有用于穿入光纤或光缆的开孔；从动缸体(6)底部有可拆卸的底盖。
8.如权利要求1所述的基于液压联动的光纤传感装置，其特征在于，所述从动活塞(7)与光纤挂钩(8)之间还包括一个可水平旋转并可锁定旋转角度的旋转机构。
9.如权利要求8所述的基于液压联动的光纤传感装置，其特征在于，所述旋转机构上方或下方还有一个高度调节装置。
10.如权利要求8-9之一所述的基于液压联动的光纤传感装置，其特征在于，所述光纤挂钩(8)上方与所述从动活塞之间还串接有起振弹簧。
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