CN112461436A - 一种简易式光纤光栅渗压计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种简易式光纤光栅渗压计，包括盖子、透水石、敏感件、套筒、拉伸筒、螺柱、应变光栅、固定杆、温补光栅、第一螺母、第二螺母及光纤，套筒内部设置有拉伸筒，拉伸筒的上端设置有敏感件，透水石设置于盖子内，敏感件的上端与透水石相连，盖子与敏感件相连，拉伸筒的内部还设置有螺柱及固定杆，固定杆的底端穿设于拉伸筒的底端，固定杆底端分别设置有第一螺母及第二螺母，光纤、应变光栅及温补光栅均设置于固定杆内部，本发明专利结构简单，组装、携带方便、质量轻巧，有效提高了压力监测的精度和灵敏度，有效避免了外界温度变化快的影响，在构筑物内部孔隙水压力或渗透压力监测中具有很高的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及渗压计技术领域，具体为一种简易式光纤光栅渗压计。
背景技术
目前，基于光纤光栅的传感技术得到快速发展，该类型传感器具有防止电磁干扰、无电检测、耐腐蚀、重量轻等优点；光纤光栅渗压计可用于测量构筑物内部孔隙水压力或渗透压力等。
由于使用环境的复杂性，温度变化较大，且光纤光栅传感原理基于应变及温度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，并通过测量特征波长的移动量来测量应变及温度。
目前的渗压计因温度变化对测量精度有很大的影响，并且体积较大，不方便携带，因此，亟待一种改进的技术来解决现有技术中所存在的这一问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简易式光纤光栅渗压计，通过采用双光栅结构，消除温度变化对压力测量的影响；全不锈钢材质使得光纤能够快速实现温度传导，且保证两传感元件周围温度场均匀一致，并且便于携带，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：一种简易式光纤光栅渗压计，包括盖子、透水石、敏感件、套筒、拉伸筒、螺柱、应变光栅、固定杆、温补光栅、第一螺母、第二螺母及光纤，所述套筒内部设置有拉伸筒，所述拉伸筒的上端设置有敏感件，所述敏感件的上端设置有透水石，所述透水石的上端设置有盖子，所述盖子与敏感件相连，所述拉伸筒的内部还设置有螺柱及固定杆，所述固定杆的底端穿设于拉伸筒的底端，所述固定杆底端且位于拉伸筒内部部分设置有第一螺母，所述固定杆底端且位于拉伸筒的外部部分设置有第二螺母，所述光纤、应变光栅及温补光栅均设置于固定杆内部。
优选的，所述透水石通过胶水粘接在盖子内部。
优选的，所述固定杆、螺柱、拉伸筒、套筒及盖子均与敏感件采用螺纹连接的方式进行连接。
优选的，所述拉伸筒底端贯穿开设有中心孔，所述固定杆底端设置于拉伸筒底端的中心孔内。
优选的，所述光纤通过胶体粘在固定杆中部、且所述应变光栅和温补光栅分布在胶体的两侧，应变光栅和温补光栅距离较近，使得两光栅周围温度场保持一致，减少温补误差，提高应力测量的准确性。
优选的，所述敏感件采用304不锈钢制作，其“压力-位移”曲线具有线性度、灵敏度高的优势。
优选的，所述套筒采用304不锈钢制作，实现传感器内外温度快速传导，应变光栅和温补光栅周围温度场保持一致，提高温度测量的准确性。
优选的，所述固定杆上端开设有若干层凹槽，所述固定杆采用304不锈钢制作，其上端采用弹簧式结构，在受到拉力时容易产生明显形变。
优选的，其组装及使用方法包括以下步骤：
步骤一：在组装过程中，第一步组装传感部分,首先将敏感件与螺柱螺纹连接，然后将光纤一端通过胶水与螺柱粘结，固定杆与敏感件螺纹连接，光纤与固定杆通过胶水粘结，粘结部位为固定杆中部，使应变光栅和温补光栅位于胶水两侧；
步骤二：将第一螺母预拧至固定杆一端，拉伸筒与敏感件螺纹连接，固定杆通过拉伸筒中心孔，第二螺母与固定杆连接，第一螺母和第二螺母位于拉伸筒内、外侧，固定杆与第一螺母和第二螺母采用细牙螺纹，通过调节第二螺母的旋入长度，使得固定杆靠近底盘侧产生形变，且使光栅产生预应变，并通过第一螺母锁紧；
步骤三：将套筒与敏感件螺纹连接，光纤穿过套筒中心孔，并封装；
步骤四：将透水石与盖子通过胶水粘结，并将盖子与敏感件螺纹连接；
步骤五：在装好之后，对光纤光栅渗压计进行温度补偿率定和压力率定，温度率定时要求从-20℃到85℃，温升和温降各做两次，每隔5℃记录一次应变光栅波长和温度光栅的波长数据，温度率定结束后，计算出该传感器的温度补偿系数；压力率定时，要求在恒温环境中进行，调整压力值，每隔0.1MPa记录一次应变光栅波长数据，压力率定结束后，计算出传感器的压力变化系数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明专利结构简单，组装、携带方便、质量轻巧，有效提高了压力监测的精度和灵敏度，有效避免了外界温度变化快的影响，在构筑物内部孔隙水压力或渗透压力监测中具有很高的实用价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为固定杆主视图。
图3为螺柱剖视图。
图4为拉伸筒主视图。
图5为敏感件主视图。
图中：盖子1、透水石2、敏感件3、套筒4、拉伸筒5、螺柱6、应变光栅7、固定杆8、温补光栅9、第一螺母10、第二螺母11、光纤12。
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。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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种简易式光纤光栅渗压计，包括盖子1、透水石2、敏感件3、套筒4、拉伸筒5、螺柱6、应变光栅7、固定杆8、温补光栅9、第一螺母10、第二螺母11及光纤12，套筒4内部设置有拉伸筒5，拉伸筒5的上端设置有敏感件3，敏感件3采用304不锈钢制作，敏感件3为渗压计的核心传感部分，透水石2设置于盖子1内，敏感件3的上端与透水石2相连，透水石2通过胶水粘接在盖子1内部，盖子1与敏感件3相连，拉伸筒5的内部还设置有螺柱6及固定杆8，拉伸筒5采用304不锈钢制作，固定杆8、螺柱6、拉伸筒5、套筒4及盖子1均与敏感件3采用螺纹连接的方式进行连接，固定杆8上端开设有若干层凹槽，固定杆8的底端穿设于拉伸筒5的底端，拉伸筒5底端贯穿开设有中心孔，固定杆8底端设置于拉伸筒5底端的中心孔内，固定杆8采用304不锈钢制作，固定杆8底端且位于拉伸筒5内部部分设置有第一螺母10，固定杆8底端且位于拉伸筒5的外部部分设置有第二螺母11，光纤12、应变光栅7及温补光栅9均设置于固定杆8内部，光纤12通过胶体粘在固定杆8中部、且应变光栅7和温补光栅9分布在胶体的两侧，光纤12通过胶体粘在固定杆8中部，且应变光栅7和温补光栅9分布在胶体的两侧；应变光栅7测量敏感件3的位移变化；温补光栅9测量温度变化，进行温度补偿，从而消除温度变化对应变光栅9的波长变化影响。
一种简易式光纤光栅渗压计，其组装及使用方法包括以下步骤：
步骤一：在组装过程中，第一步组装传感部分,首先将敏感件3与螺柱6螺纹连接，然后将光纤12一端通过胶水与螺柱6粘结，固定杆8与敏感件3螺纹连接，光纤12与固定杆8通过胶水粘结，粘结部位为固定杆8中部，使应变光栅7和温补光栅9位于胶水两侧；
步骤二：将第一螺母10预拧至固定杆8一端，拉伸筒5与敏感件3螺纹连接，固定杆8通过拉伸筒5中心孔，第二螺母11与固定杆8连接，第一螺母10和第二螺母11位于拉伸筒5内、外侧，固定杆8与第一螺母10和第二螺母11采用细牙螺纹，通过调节第二螺母11的旋入长度，使得固定杆8靠近底盘侧产生形变，且使光栅产生预应变，并通过第一螺母10锁紧；
步骤三：将套筒4与敏感件3螺纹连接，光纤12穿过套筒4中心孔，并封装；
步骤四：将透水石2与盖子1通过胶水粘结，并将盖子1与敏感件3螺纹连接；
步骤五：在装好之后，对光纤12光栅渗压计进行温度补偿率定和压力率定，温度率定时要求从-20℃到85℃，温升和温降各做两次，每隔5℃记录一次应变光栅7波长和温度光栅的波长数据，温度率定结束后，计算出该传感器的温度补偿系数；压力率定时，要求在恒温环境中进行，调整压力值，每隔0.1MPa记录一次应变光栅7波长数据，压力率定结束后，计算出传感器的压力变化系数。
本发明专利结构简单，组装、携带方便、质量轻巧，有效提高了压力监测的精度和灵敏度，有效避免了外界温度变化快的影响，在构筑物内部孔隙水压力或渗透压力监测中具有很高的实用价值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种简易式光纤光栅渗压计，其特征在于：包括盖子（1）、透水石（2）、敏感件（3）、套筒（4）、拉伸筒（5）、螺柱（6）、应变光栅（7）、固定杆（8）、温补光栅（9）、第一螺母（10）、第二螺母（11）及光纤（12），所述套筒（4）内部设置有拉伸筒（5），所述拉伸筒（5）的上端设置有敏感件（3），所述透水石（2）设置于盖子（1）内，所述敏感件（3）的上端与透水石（2）相连，所述盖子（1）与敏感件（3）相连，所述拉伸筒（5）的内部还设置有螺柱（6）及固定杆（8），所述固定杆（8）的底端穿设于拉伸筒（5）的底端，所述固定杆（8）底端且位于拉伸筒（5）内部部分设置有第一螺母（10），所述固定杆（8）底端且位于拉伸筒（5）的外部部分设置有第二螺母（11），所述光纤（12）、应变光栅（7）及温补光栅（9）均设置于固定杆（8）内部。
2.根据权利要求1所述的一种简易式光纤光栅渗压计，其特征在于：所述透水石（2）通过胶水粘接在盖子（1）内部。
3.根据权利要求1所述的一种简易式光纤光栅渗压计，其特征在于：所述固定杆（8）、螺柱（6）、拉伸筒（5）、套筒（4）及盖子（1）均与敏感件（3）采用螺纹连接的方式进行连接。
4.根据权利要求1所述的一种简易式光纤光栅渗压计，其特征在于：所述拉伸筒（5）底端贯穿开设有中心孔，所述固定杆（8）底端设置于拉伸筒（5）底端的中心孔内。
5.根据权利要求1所述的一种简易式光纤光栅渗压计，其特征在于：所述光纤（12）通过胶体粘在固定杆（8）中部、且所述应变光栅（7）和温补光栅（9）分布在胶体的两侧。
6.根据权利要求1所述的一种简易式光纤光栅渗压计，其特征在于：所述敏感件（3）采用304不锈钢制作。
7.根据权利要求1所述的一种简易式光纤光栅渗压计，其特征在于：所述套筒（4）采用304不锈钢制作。
8.根据权利要求1所述的一种简易式光纤光栅渗压计，其特征在于：所述固定杆（8）上端开设有若干层凹槽，所述固定杆（8）采用304不锈钢制作。
9.根据权利要求1所述的一种简易式光纤光栅渗压计，其特征在于：其组装及使用方法包括以下步骤：
步骤一：在组装过程中，第一步组装传感部分,首先将敏感件（3）与螺柱（6）螺纹连接，然后将光纤（12）一端通过胶水与螺柱（6）粘结，固定杆（8）与敏感件（3）螺纹连接，光纤（12）与固定杆（8）通过胶水粘结，粘结部位为固定杆（8）中部，使应变光栅（7）和温补光栅（9）位于胶水两侧；
步骤二：将第一螺母（10）预拧至固定杆（8）一端，拉伸筒（5）与敏感件（3）螺纹连接，固定杆（8）通过拉伸筒（5）中心孔，第二螺母（11）与固定杆（8）连接，第一螺母（10）和第二螺母（11）位于拉伸筒（5）内、外侧，固定杆（8）与第一螺母（10）和第二螺母（11）采用细牙螺纹，通过调节第二螺母（11）的旋入长度，使得固定杆（8）靠近底盘侧产生形变，且使光栅产生预应变，并通过第一螺母（10）锁紧；
步骤三：将套筒（4）与敏感件（3）螺纹连接，光纤（12）穿过套筒（4）中心孔，并封装；
步骤四：将透水石（2）与盖子（1）通过胶水粘结，并将盖子（1）与敏感件（3）螺纹连接；
步骤五：在装好之后，对光纤（12）光栅渗压计进行温度补偿率定和压力率定，温度率定时要求从-20℃到85℃，温升和温降各做两次，每隔5℃记录一次应变光栅（7）波长和温度光栅的波长数据，温度率定结束后，计算出该传感器的温度补偿系数；压力率定时，要求在恒温环境中进行，调整压力值，每隔0.1MPa记录一次应变光栅（7）波长数据，压力率定结束后，计算出传感器的压力变化系数。
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