CN114754692A - 光纤光栅式传感器和光纤光栅式传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤光栅式传感器和光纤光栅式传感系统，包括壳体、第一光纤以及第二光纤，壳体内设置有若干个铰接的连接杆，所述第一光纤和第二光纤分别设置在连接杆的相对两侧，第一光纤和第二光纤上均设置有光纤光栅，相邻的所述连接杆之间设置有安装片，第一固定桩和第二固定桩后端部连接有当连接杆之间发生相对旋转时，可驱动第一固定桩和第二固定桩向远离旋转中心点的方向轴向滑动的滑动机构，所述滑动机构的另一侧固定连接有驱动滑动机构在所述空腔内滑动的连杆传动机构。本发明通过滑动机构和连杆传动机构之间的配合，可以避免其它连接杆上的光纤光栅发生形变，利用解调仪就能够准确判断出边坡发生滑移的具体高度位置且效率高。

Description

光纤光栅式传感器和光纤光栅式传感系统

技术领域

本发明涉及边坡滑移监测技术领域，具体为一种光纤光栅式传感器和光纤光栅式传感系统。

背景技术

公路、铁路沿线的高陡边坡可能会发生边坡滑塌等事件，对人们的安全和交通运输安全造成威胁，因此，对高陡边坡的深部滑移或形变监测十分重要。目前典型的边坡深部滑移监测用传感器有电容式或涡流式位移传感器。现有技术中有很多关于边坡滑移监测的发明，例如申请公布号为CN108489405B的光纤光栅式传感器和光纤光栅式传感系统，该发明将光纤光栅式传感器埋在需监测的边坡中，当边坡发生滑移时传感器的壳体会发生形变，从而使得壳体内部的某两个相邻的连接杆之间发生相对旋转，从而使得第一光纤和所述第二光纤中的一者被拉伸而另一者被压缩，进而使得第一光纤和第二光纤上的光纤光栅发生相应的伸长形变以及压缩形变，导致光纤光栅反射光谱上的中心波长发生变化，利用连接第一光纤和第二光纤的解调仪测量出光纤光栅反射光谱上的中心波长，即可推算出边坡的倾斜度和滑移量。但是还存在如下不足：在壳体受到较大幅度的挤压时，相邻的连接杆之间发生幅度较大的相对旋转时可能会使与其相连的其它连接杆上的第一光纤和第二光纤被拉伸或压缩，同时也会导致光纤光栅发生相应的伸长形变以及压缩形变，也会得出其它的边坡的倾斜度和滑移量，由此判断边坡发生滑移的具体高度位置就会不准确且效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以通过光纤光栅的形变量得到边坡的倾斜度和滑移量，继而可以准确判断出边坡发生滑移的具体高度位置的光纤光栅式传感器和光纤光栅式传感系统，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：

一种光纤光栅式传感器，包括壳体、第一光纤以及第二光纤，所述壳体内设置有若干个铰接的连接杆，所述第一光纤和第二光纤分别设置在所述连接杆的相对两侧，所述第一光纤和第二光纤上均设置有光纤光栅，相邻的所述连接杆之间设置有安装片，所述第一光纤和第二光纤设置在所述安装片上，以使所述光纤光栅整体安装在所述安装片上，其特征在于，所述连接杆的内部开设有空腔，所述连接杆的两端分别焊接有第一固定桩和第二固定桩，所述第一固定桩和第二固定桩后端部连接有当所述连接杆之间发生相对旋转时，可驱动所述第一固定桩和第二固定桩向远离旋转中心点的方向轴向滑动的滑动机构，所述滑动机构的另一侧固定连接有驱动所述滑动机构在所述空腔内滑动的连杆传动机构，所述壳体的内壁上连接有便于所述连接杆从壳体拉出的卡扣结构，所述卡扣结构用于安装和更换连接杆。

优选的，所述空腔内开设有第一滑槽，所述滑动机构包括与所述第一滑槽滑动连接的第一滑体，和所述第一滑体底部固定连接的第二滑体，所述第二滑体内开设有第二滑槽，所述第二滑槽与第三滑体滑动连接。

优选的，所述连杆传动机构包括第一套环，和所述第一套环外壁铰接的第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的另一端铰接在第二套环外壁上，所述第二连杆的另一端铰接在第三套环外壁上，所述第二套环和第三套环的另一侧的外壁上铰接有第三连杆和第四连杆，所述第三连杆和第四连杆的另一端铰接在第四套环的外壁上。

优选的，所述第二套环和第三套环套设于第一滑杆上，所述第一滑杆的两侧端部连接有防止所述第二套环和第三套环脱离所述第一滑杆的堵块，所述堵块内开设有通孔，所述第二套环的一侧固定连接有第二滑杆，所述第二滑杆贯穿所述通孔与固定于第四滑体底部的第一弹簧弹性连接，所述第二滑杆与开设于第四滑体内的第三滑槽滑动连接。

优选的，所述卡扣结构包括和所述壳体内壁连接的第一杆和第二杆，所述第一杆和第二杆的另一端和卡条固定连接，所述第一卡条上开设有卡槽，所述卡条通过所述卡槽与卡块卡合，所述卡块的另一端连接有第三杆，所述第三杆的另一端与第四杆铰接，所述第四杆和第二弹簧弹性连接，所述第三弹簧另一端固设于第五滑体开设的第四滑槽内，所述第五滑体固定安装于所述连接杆外壁上，所述第五连杆可驱动所述第三弹簧在所述第四滑槽内滑动。

优选的，同一根所述第一光纤和所述第二光纤至少连接相邻的两个所述连接杆。

优选的，所述安装片包括两个端部和位于两个所述端部之间的中间部，所述端部的宽度大于所述中间部的宽度，所述光纤光栅位于所述中间部上。

优选的，同一根所述第一光纤和所述第二光纤上设置有多个中心波长均不相同所述光纤光栅。

为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：

一种光纤光栅式传感系统，该系统包括如上述中任一所述的光纤光栅式传感器和解调仪，所述第一光纤和所述第二光纤分别连接所述解调仪。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中，当边坡发生滑移时，壳体的某个位置会发生弯折，进而使连接杆之间发生相对的旋转，在相邻连接杆发生相对旋转时，可以利用滑动机构的第一滑体在第一滑槽内滑动，带动第二滑体在第二滑槽内滑动，第二滑体的滑动可以使第四套环向着发生相对旋转的方向滑动，使第二套环和第三套环沿着第一滑杆相向滑动，继而推动第一连杆和第二连杆带动第四套环向着与第四套环相反的方向滑动，继而可以使相邻连接杆上未发生旋转的第一固定桩和第二固定桩向远离发生相对旋转的方向轴向滑动，使发生相对旋转的连接杆的旋转不会挤压或拉伸其它第一光纤和第二光纤上粘附的光纤光栅，进而可以避免其它连接杆上的光纤光栅发生形变，利用与第一光纤和第二光纤连接的解调仪就能够准确判断出是哪两个连接杆之间的光纤光栅发生了形变，从而可以准确判断出边坡发生滑移的具体高度位置且效率高；卡条通过卡槽与卡块卡合，使连接杆被定位在壳体中，当需要更换连接杆等机构时，只要打开壳体的端面向上提拉连接杆，使卡块从卡槽拉出来，就能够很容易地将连接杆拉出来，操作简便；由于安装片端部的宽度大于中间部的宽度，使得端部的刚度大于中间部的刚度，在相邻的两个连接杆之间发生旋转时，由于安装片端部的刚度较大，能够有效减缓由于连接杆之间的突然旋转对光纤光栅和第一光纤以及第二光纤造成的拉扯，而由于中间部的刚度较小，中间部的形变明显，使得光纤光栅的形变明显，从而提高传感器的灵敏度。

附图说明

图1为本发明连接杆的整体结构示意图；

图2为本发明两个相邻的连接杆的装配关系的示意图；

图3为本发明整体结构示意图；

图4为本发明第二滑体和连杆传动机构的连接示意图；

图5为本发明第三滑体和连杆传动机构的连接示意图；

图6为本发明第三滑体和第二滑槽、第一套环以及第四套环的连接示意图；

图7为本发明卡扣结构卡合的示意图；

图8为本发明卡条上的卡槽的示意图；

图9为本发明连接杆和安装片以及光纤光栅的连接示意图。

图中：1壳体、2第一光纤、3第二光纤、4连接杆、401空腔、402第一滑槽、403第一固定桩、404第二固定桩、5光纤光栅、6安装片、7滑动机构、701第一滑体、702第二滑体、703第二滑槽、704第三滑体、8连杆传动机构、801第一套环、802第一连杆、803第二连杆、804第二套环、805第三套环、806第三连杆、807第四连杆、808第四套环、809第一滑杆、810堵块、811通孔、812第二滑杆、813第一弹簧、814第四滑体、815第三滑槽、9卡扣结构、901第一杆、902第二杆、903卡条、904卡块、905第四杆、906第二弹簧、907第五滑体、908第四滑槽、909卡槽、910第三杆。

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。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。

实施例：

请参阅图1至图9，本发明提供一种技术方案：

一种光纤光栅式传感器，如图1所示，包括壳体1、第一光纤2以及第二光纤3，所述壳体1能够发生形变，且壳内设置有若干个铰接的连接杆4，所述第一光纤2和第二光纤3分别设置在所述连接杆4的相对两侧，以使当所述连接杆4之间发生相对旋转时所述第一光纤2和所述第二光3中的一者被拉伸而另一者被压缩，且同一根所述第一光纤2和所述第二光纤3至少连接相邻的两个所述连接杆4；如图9所示，所述第一光纤2和第二光纤3上均设置有光纤光栅5，且同一根所述第一光纤2和所述第二光纤3上设置有多个中心波长均不相同所述光纤光栅5；如图2所示，相邻的所述连接杆4之间设置有安装片6，所述第一光纤2和第二光纤3设置在所述安装片6上，以使所述光纤光栅5可以整体安装在所述安装片6上，如图1所示，所述连接杆4的内部开设有空腔401，所述空腔401内开设有第一滑槽402，所述连接杆4的两端分别焊接有第一固定桩403和第二固定桩404，所述相邻的两个所述连接杆4通过第一固定桩403和第二固定桩404铰接，利用销轴将第一固定桩403和第二固定桩404活动连接使相邻的两个所述连接杆4连接，所述第一固定桩403和第二固定桩404后端部连接有当所述连接杆4之间发生相对旋转时，可驱动所述第一固定桩403和第二固定桩404向远离旋转中心点的方向轴向滑动的滑动机构7，所述滑动机构7包括与所述第一滑槽402滑动连接的第一滑体701，和所述第一滑体701底部固定连接的第二滑体702；如图5所示，所述第二滑体702内开设有第二滑槽703，所述第二滑槽703与第三滑体704滑动连接。

如图1所示，所述滑动机构7的另一侧固定连接有驱动所述滑动机构7在所述空腔401内滑动的连杆传动机构8；如图4所示，所述连杆传动机构8包括第一套环801，和所述第一套环801外壁铰接的第一连杆802和第二连杆803，所述第一连杆802的另一端铰接在第二套环804外壁上，所述第二连杆803的另一端铰接在第三套环805外壁上，所述第二套环804和第三套环805的另一侧的外壁上铰接有第三连杆806和第四连杆807，所述第三连杆806和第四连杆807的另一端铰接在第四套环808的外壁上，所述第二滑体702和所述第一套环801以及所述第四套环808固定连接，所述第二套环804和第三套环805套设于第一滑杆809上，所述第一滑杆809的两侧端部连接有防止所述第二套环804和第三套环805脱离所述第一滑杆809的堵块810，所述堵块810内开设有通孔811，所述第二套环804的一侧固定连接有第二滑杆812，所述第二滑杆812贯穿所述通孔811与固定于第四滑体814底部的第一弹簧813弹性连接，所述第二滑杆812与开设于第四滑体814内的第三滑槽815滑动连接。

本发明中，如图6所示，第二滑体702内开设的第二滑槽703为每两个相邻凸起之间具有凹槽的结构，第三滑体704的外壁的结构正好和第二滑槽703相适配，第一套环801和第四套环808的内壁结构和第二滑槽703一样，那第三滑体704也可以在第一套环801和第四套环808内壁滑动，这有利于第二滑体702和第一套环801滑动的稳定性。

本发明中，当边坡发生滑移时，壳体1的某个位置会发生弯折，进而使连接杆4之间发生相对的旋转，在相邻连接杆4发生相对旋转时，可以利用滑动机构7的第一滑体701在第一滑槽402内滑动，带动第二滑体702在第二滑槽703内滑动，第二滑体702的滑动可以使第四套环808向着发生相对旋转的方向滑动，使第二套环804和第三套环805沿着第一滑杆809相向滑动，继而推动第一连杆802和第二连杆803带动第四套环801向着与第四套环808相反的方向滑动，继而可以使相邻连接杆4上未发生旋转的第一固定桩403和第二固定桩404向远离发生相对的旋转的方向轴向滑动，使发生相对旋转的连接杆4的旋转不会挤压或拉伸其它第一光纤2和第二光纤3上粘附的光纤光栅5，进而只有位于这两个连接杆4之间的光纤光栅5发生形变，而其他的光纤光栅5由于是通过粘结剂粘在其他的连接杆4上，因此其他的光纤光栅5并不发生形变，而由于这些光纤光栅5的波长均不相同，利用与第一光纤2和第二光纤3连接的解调仪就能够判断出是哪两个连接杆4之间的光纤光栅5发生了形变，从而准确判断出边坡发生滑移的具体高度位置。

如图3所示，所述壳体1的内壁上连接有便于所述连接杆4从壳体1拉出的卡扣结构9，所述卡扣结构9用于安装和更换连接杆4；如图7所示，所述卡扣结构9包括和所述壳体1内壁连接的第一杆901和第二杆902，所述第一杆901和第二杆902的另一端和卡条903固定连接；如图8所示，所述第一卡条903上开设有卡槽909；如图7所示，所述卡条903通过所述卡槽909与卡块904卡合，所述卡块904的另一端连接有第三杆910，所述第三杆910的另一端与第四杆905铰接，所述第四杆905和第二弹簧906弹性连接，将第三杆910和第四杆905设置为铰接的目的是在壳体1受到弯折时，对连接杆4有一个缓冲作用，所述伸缩杆905的另一端与第二弹簧906弹性连接，所述第二弹簧906另一端固设于第五滑体907开设的第四滑槽908内，所述第五滑体907固定安装于所述连接杆4外壁上，所述第五连杆905可驱动所述第二弹簧906在所述第四滑槽908内滑动。

本发明中，卡条903通过卡槽909与卡块904卡合，使连接杆4被定位在壳体1中，当需要更换连接杆4等机构时，只要打开壳体1的端面向上提拉连接杆4，使卡块904从卡槽909拉出来，就能够很容易地将连接杆4拉出来，操作简便。

如图9所示，所述安装片6包括两个端部601和位于两个所述端部601之间的中间部602，所述端部601的宽度大于所述中间部602的宽度，所述光纤光栅5位于所述中间部602上。

本发明中，由于端部601的宽度大于中间部602的宽度，使得端部601的刚度大于中间部602的刚度，在相邻的两个连接杆4之间发生旋转时，由于端部601的刚度较大，能够有效减缓由于连接杆4之间的突然旋转对光纤光栅5和第一光纤2以及第二光纤3造成的拉扯，而由于中间部602的刚度较小，中间部602的形变明显，使得光纤光栅5的形变明显，从而提高传感器的灵敏度。

一种光纤光栅式传感系统，该系统包括如上述中任一所述的光纤光栅式传感器和解调仪，所述第一光纤2和所述第二光纤3分别连接所述解调仪。

该光纤光栅式传感器和光纤光栅式传感系统的工作原理如下：

首先通过销轴将第一固定桩403和第二固定桩404活动连接使相邻的两个连接杆4连接，当边坡发生滑移时，壳体1的某个位置会发生弯折，进而使连接杆4之间发生相对的旋转，在相邻连接杆4发生相对旋转时，可以利用滑动机构7的第一滑体701在第一滑槽402内滑动，带动第二滑体702在第二滑槽703内滑动，第二滑体702的滑动可以使第四套环808向着发生相对旋转的方向滑动，使第二套环804和第三套环805沿着第一滑杆809相向滑动，继而推动第一连杆802和第二连杆803带动第四套环801向着与第四套环808相反的方向滑动，继而可以使相邻连接杆4上未发生旋转的第一固定桩403和第二固定桩404向远离发生相对的旋转的方向轴向滑动，使发生相对旋转的连接杆4的旋转不会挤压或拉伸其它第一光纤2和第二光纤3上粘附的光纤光栅5，进而只有位于这两个连接杆4之间的光纤光栅5发生形变，而其他的光纤光栅5由于是通过粘结剂粘在其他的连接杆4上，因此其他的光纤光栅5并不发生形变，而由于这些光纤光栅5的波长均不相同，利用与第一光纤2和第二光纤3连接的解调仪就能够判断出是哪两个连接杆4之间的光纤光栅5发生了形变，从而准确判断出边坡发生滑移的具体高度位置。

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)

1.一种光纤光栅式传感器，包括壳体(1)、第一光纤(2)以及第二光纤(3)，所述壳体(1)内设置有若干个铰接的连接杆(4)，所述第一光纤(2)和第二光纤(3)分别设置在所述连接杆(4)的相对两侧，所述第一光纤(2)和第二光纤(3)上均设置有光纤光栅(5)，相邻的所述连接杆(4)之间设置有安装片(6)，所述第一光纤(2)和第二光纤(3)设置在所述安装片(6)上，以使所述光纤光栅(5)整体安装在所述安装片(6)上，其特征在于，所述连接杆(4)的内部开设有空腔(401)，所述连接杆(4)的两端分别焊接有第一固定桩(403)和第二固定桩(404)，所述第一固定桩(403)和第二固定桩(404)后端部连接有当所述连接杆(4)之间发生相对旋转时，可驱动所述第一固定桩(403)和第二固定桩(404)向远离旋转中心点的方向轴向滑动的滑动机构(7)，所述滑动机构(7)的另一侧固定连接有驱动所述滑动机构(7)在所述空腔(401)内滑动的连杆传动机构(8)，所述壳体(1)的内壁上连接有便于所述连接杆(4)从壳体(1)拉出的卡扣结构(9)，所述卡扣结构(9)用于安装和更换连接杆(4)。

2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅式传感器，其特征在于，所述空腔(401)内开设有第一滑槽(402)，所述滑动机构(7)包括与所述第一滑槽(402)滑动连接的第一滑体(701)，和所述第一滑体(701)底部固定连接的第二滑体(702)，所述第二滑体(702)内开设有第二滑槽(703)，所述第二滑槽(703)与第三滑体(704)滑动连接。

3.根据权利要求1所述的一种光纤光栅式传感器，其特征在于，所述连杆传动机构(8)包括第一套环(801)，和所述第一套环(801)外壁铰接的第一连杆(802)和第二连杆(803)，所述第一连杆(802)的另一端铰接在第二套环(804)外壁上，所述第二连杆(803)的另一端铰接在第三套环(805)外壁上，所述第二套环(804)和第三套环(805)的另一侧的外壁上铰接有第三连杆(806)和第四连杆(807)，所述第三连杆(806)和第四连杆(807)的另一端铰接在第四套环(808)的外壁上。

4.根据权利要求3所述的一种光纤光栅式传感器，其特征在于，所述第二套环(804)和第三套环(805)套设于第一滑杆(809)上，所述第一滑杆(809)的两侧端部连接有防止所述第二套环(804)和第三套环(805)脱离所述第一滑杆(809)的堵块(810)，所述堵块(810)内开设有通孔(811)，所述第二套环(804)的一侧固定连接有第二滑杆(812)，所述第二滑杆(812)贯穿所述通孔(811)与固定于第四滑体(814)底部的第一弹簧(813)弹性连接，所述第二滑杆(812)与开设于第四滑体(814)内的第三滑槽(815)滑动连接。

5.根据权利要求1所述的一种光纤光栅式传感器，其特征在于，所述卡扣结构(9)包括和所述壳体(1)内壁连接的第一杆(901)和第二杆(902)，所述第一杆(901)和第二杆(902)的另一端和卡条(903)固定连接，所述第一卡条(903)上开设有卡槽(909)，所述卡条(903)通过所述卡槽(909)与卡块(904)卡合，所述卡块(904)的另一端连接有第三杆(910)，所述第三杆(910)的另一端与第四杆(905)铰接，所述第四杆(905)和第二弹簧(906)弹性连接，所述第二弹簧(906)另一端固设于第五滑体(907)开设的第四滑槽(908)内，所述第五滑体(907)固定安装于所述连接杆(4)外壁上，所述第五连杆(905)可驱动所述第二弹簧(906)在所述第四滑槽(908)内滑动。

6.根据权利要求1所述的一种光纤光栅式传感器，其特征在于，同一根所述第一光纤(2)和所述第二光纤(3)至少连接相邻的两个所述连接杆(4)。

7.根据权利要求1所述的一种光纤光栅式传感器，其特征在于，所述安装片(6)包括两个端部(601)和位于两个所述端部(601)之间的中间部(602)，所述端部(601)的宽度大于所述中间部(602)的宽度，所述光纤光栅(5)位于所述中间部(602)上。

8.根据权利要求1所述的一种光纤光栅式传感器，其特征在于，同一根所述第一光纤(2)和所述第二光纤(3)上设置有多个中心波长均不相同所述光纤光栅(5)。

9.一种光纤光栅式传感系统，其特征在于，该系统包括如权利要求1-8中任一所述的光纤光栅式传感器和解调仪，所述第一光纤(2)和所述第二光纤(3)分别连接所述解调仪。

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