CN111456718A - 一种基于fdm技术的光纤无线测斜仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于FDM技术的光纤无线测斜仪，包括测斜仪壳体，所述测斜仪壳体上设有光分路器，所述光分路器上设有光源与波长解调器，所述测斜仪壳体内部设有测倾机构，所述测倾机构包括导管与多根光纤光栅，所述测斜仪壳体内部一侧壁上设有控制器，所述控制器的一侧设有通信模块，所述测斜仪壳体内顶部设有供电模块，所述供电模块的输出端与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与通信模块的输入端连接，本发明可定制、精度高、耐高温同时能实现实时多通道数据同时传输的传感监测装置，用于测量指定位置的倾角，以达到工程或者非工程的用途。
Description
技术领域
本发明涉及测斜仪相关制品领域，特别是涉及FDM技术和光纤光栅测斜仪的制作和测量方法。可根据待测环境进行尺寸定制，从而实现的一种基于FDM技术的光纤无线测斜仪。
背景技术
测斜仪是一种测定钻孔倾角和方位角的原位监测仪器。自20世纪50年代开始应用在对土石坝、路基、边坡及其隧道等岩土工程进行原位监测的领域，并广泛应用于水利水电、矿产冶金、交通与城建岩土工程领域，在保证岩土工程设计、施工及其使用安全中。主要类型有电阻应变式、加速度计式和电子计式等。
光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)传感器，是一种由空间相位周期性分布的光栅和普通光纤构成，与传统的传感器相比，有轻巧、防水、精度高、耐高温等优势。其轻巧的特性(横截面积小)，使FBG传感器比传统传感器更易通过FDM技术被固定在相应位置。
熔融层积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)技术，是快速成型技术的一种，一种以数字模型文件为基础，运用金属或塑料等可熔、可粘合的材料，通过逐层打印来构造物体的技术。本发明利用CAD设计软件，结合待测环境，设计出相应的测斜仪，相比传统测斜仪，具有尺寸可定制、成型快、精度高等优势。
移动通信技术，与传统原位测斜数据传输相比，能够实现更远距离，更高速率、更低延迟传输，且更易实现大规模设备连接。
本发明就是基于FDM技术和FBG光纤传感技术，研发出的一种可定制、精度高、耐高温同时能实现实时多通道数据同时传输的传感监测装置，用于测量指定位置的倾角，以达到工程或者非工程的用途。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于FDM技术的光纤无线测斜仪，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于FDM技术的光纤无线测斜仪，包括测斜仪壳体，所述测斜仪壳体上设有光分路器，所述光分路器上设有光源与波长解调器，所述测斜仪壳体内部设有测倾机构，所述测倾机构包括导管与多根光纤光栅，所述测斜仪壳体内部一侧壁上设有控制器，所述控制器的一侧设有通信模块，所述测斜仪壳体内顶部设有供电模块，所述供电模块的输出端与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与通信模块的输入端连接。
优选的，所述测倾机构的两侧均设有固定板，所述固定板的一侧与测斜仪壳体内壁之间固定连接有多个伸缩杆，多个所述伸缩杆上均套设有弹簧，所述弹簧的两端分别与固定板和测斜仪壳体内壁固定连接。
优选的，所述控制器型号为80C51单片机。
优选的，所述通信模块为无线、蓝牙、G网络终端中的一种或多种。
优选的，所述测斜仪壳体、光分路器、光源与波长解调器之间采用FDM技术封装一体成型，且熔融材料为碳纤维。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该基于FDM技术的光纤无线测斜仪，通过将部件之间采用FDM技术封装一体成型，将测斜仪壳体1安装在土体中孔位后，由于土体的长期蠕动和滑面位移的推力引起测斜仪壳体1发生变形或变位，由此引起测倾机构5内部的光纤光栅7发生微小变形。根据光纤FBG原理：
同一温度下，可简化为：
机构5变形引起光纤光栅7反射波长的变化，从而引起光纤光栅7中心波长的变化，波长解调器4读取光纤光栅7反射波长变化值，就能够得到测斜仪壳体1的倾斜角度的变化特征，计算得到土体变形或变位的数值，将数值发送给控制器9编码，控制器9将信号由通信模块10传出，本发明可定制、精度高、耐高温同时能实现实时多通道数据同时传输的传感监测装置，用于测量指定位置的倾角，以达到工程或者非工程的用途。
附图说明
图1为本发明的一种基于FDM技术的光纤无线测斜仪的结构示意图；
图2为本发明的一种基于FDM技术的光纤无线测斜仪的导管内部结构示意图。
图中：1-测斜仪壳体，2-光分路器，3-光源，4-波长解调器，5-测倾机构，6-导管，7-光纤光栅，8-弹簧，9-控制器，10-通信模块，11-供电模块，12-固定板，13-伸缩杆。
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。
请参阅图1-2，本发明提供的一种实施例：一种基于FDM技术的光纤无线测斜仪，包括测斜仪壳体1，测斜仪壳体1上设有光分路器2，光分路器2上设有光源3与波长解调器4，测斜仪壳体1内部设有测倾机构5，测倾机构5包括导管6与多根光纤光栅7，测斜仪壳体1内部一侧壁上设有控制器9，控制器9的一侧设有通信模块10，测斜仪壳体1内顶部设有供电模块11，供电模块11的输出端与控制器9的输入端连接，控制器9的输出端与通信模块10的输入端连接。
进一步，测倾机构5的两侧均设有固定板12，固定板12的一侧与测斜仪壳体1内壁之间固定连接有多个伸缩杆13，多个伸缩杆13上均套设有弹簧14，弹簧14的两端分别与固定板12和测斜仪壳体1内壁固定连接，伸缩杆13在弹簧14带动推动固定板12对测倾机构5进行固定。
进一步，控制器9型号为80C51单片机。
进一步，通信模块10为无线、蓝牙、5G网络终端中的一种或多种。
进一步，测斜仪壳体1、光分路器2、光源3与波长解调器4之间采用FDM技术封装一体成型，且熔融材料为碳纤维。
工作原理：首先将部件之间采用FDM技术封装一体成型，将测斜仪壳体1安装在土体中孔位后，由于土体的长期蠕动和滑面位移的推力引起测斜仪壳体1发生变形或变位，由此引起测倾机构5内部的光纤光栅7发生微小变形。根据光纤FBG原理：
同一温度下，可简化为：
机构5变形引起光纤光栅7反射波长的变化，从而引起光纤光栅7中心波长的变化，波长解调器4读取光纤光栅7反射波长变化值，就能够得到测斜仪壳体1的倾斜角度的变化特征，计算得到土体变形或变位的数值，将数值发送给控制器9编码，控制器9将信号由通信模块10传出。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (5)
1.一种基于FDM技术的光纤无线测斜仪，包括测斜仪壳体(1)，其特征在于：所述测斜仪壳体(1)上设有光分路器(2)，所述光分路器(2)上设有光源(3)与波长解调器(4)，所述测斜仪壳体(1)内部设有测倾机构(5)，所述测倾机构(5)包括导管(6)与多根光纤光栅(7)，所述测斜仪壳体(1)内部一侧壁上设有控制器(9)，所述控制器(9)的一侧设有通信模块(10)，所述测斜仪壳体(1)内顶部设有供电模块(11)，所述供电模块(11)的输出端与控制器(9)的输入端连接，所述控制器(9)的输出端与通信模块(10)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于FDM技术的光纤无线测斜仪，其特征在于：所述测倾机构(5)的两侧均设有固定板(12)，所述固定板(12)的一侧与测斜仪壳体(1)内壁之间固定连接有多个伸缩杆(13)，多个所述伸缩杆(13)上均套设有弹簧(8)，所述弹簧(8)的两端分别与固定板(12)和测斜仪壳体(1)内壁固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于FDM技术的光纤无线测斜仪，其特征在于：所述控制器(9)型号为80C51单片机。
4.根据权利要求1所述的一种基于FDM技术的光纤无线测斜仪，其特征在于：所述通信模块(10)为无线、蓝牙、5G网络终端中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种基于FDM技术的光纤无线测斜仪，其特征在于：所述测斜仪壳体(1)、光分路器(2)、光源(3)与波长解调器(4)之间采用FDM技术封装一体成型，且熔融材料为碳纤维。
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