CN115200495A - 一种基于光纤监测技术的应变传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光纤监测技术的应变传感器，包括由多节中空金属钢管组成的传感器壳体，多节金属钢管采用内外螺纹连接方式依次串接；还包括贯穿整个传感器壳体且从传感器壳体两端伸出的光缆，在每节金属钢管内均放置有毛细钢管，在设置毛细钢管位置处金属钢管的侧壁上设有定位螺栓孔以及与定位螺栓孔相互配合连接的定位螺栓，毛细钢管通过定位螺栓固定在金属钢管内；所述毛细钢管上开有沿光缆延伸方向的线槽，光缆嵌入在毛细钢管的线槽中并用环氧树脂固定在线槽中；在金属钢管中空腔体中填充有液态机械黄油。本发明应变传感器一方面能够消除施工过程中振动对传感器存活率及准确性的不利影响，另一方面能够加强传感器与被检测物的连接强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于光纤监测技术的应变传感器。
背景技术
光纤传感技术是20世纪80年代伴随光导纤维及光纤通信技术发展而迅速发展起来的一种以光为载体，光纤为媒介，感知和传输外界信号的新型传感技术。随着光纤传感技术的发展，光纤传感技术已不仅仅用于事件的定性监测，而是越来越多地用于被测对象在时空上的多参量定量精确测量和监测。光纤感测技术的工作原理如下：由光源发出光波，通过设置在光路中的传感元件将待测外界信息如温度、压力、应变、电场等叠加到载波光波上；承载信息的调制光波通过光纤传输到探测单元，由信号探测系统探测，并经过信号处理后检测出待测外界信息变化的感知信号，从而实现感测功能。
光纤监测技术在岩土工程的应用为桩基检测带来了全新的检测理念和手段，FBG等准分布式光纤传感器可封装成各类传感器，监测桩身变形、内力与桩周土压力，进一步研究桩身不同部位随不同深度、不同土层的变化规律。桩基基础作为隐蔽性工程，埋地较深，跨越的地层条件较多，地质条件复杂多变，固定在桩身的传感器往往会因为各种原因而损坏，实际桩基施工过程中，桩周固定的传感器还会受到一定的激振力，往往会使光纤光栅发生横向的剪切破坏。
发明内容
发明目的：本发明目的旨在提供一种能消除施工过程中振动对桩周传感器带来不利影响的应变传感器。
技术方案：本发明所述的基于光纤监测技术的应变传感器，包括由多节中空金属钢管组成的传感器壳体，多节金属钢管采用内外螺纹连接方式依次串接；还包括贯穿整个传感器壳体且从传感器壳体两端伸出的光缆，在每节金属钢管内均放置有毛细钢管，在设置毛细钢管位置处金属钢管的侧壁上设有定位螺栓孔以及与定位螺栓孔相互配合连接的定位螺栓，毛细钢管通过定位螺栓固定在金属钢管内；所述毛细钢管上开有沿光缆延伸方向的线槽，光缆嵌入在毛细钢管的线槽中并用环氧树脂固定在线槽中；在金属钢管中空腔体中填充有液态机械黄油。
其中，所述光缆包括光纤与光栅，其中位于传感器壳体内部的光纤为裸光纤，伸出传感器壳体内部的光纤为铠装光纤。
其中，所述金属钢管的节数数量为偶数，从而在组装时，在传感器壳体中穿光缆的时候，更容易确定光栅位于传感器壳体的中间段，便于快速组装。光栅位于传感器壳体的中间段能够保证测得的数据是对应位置的监测数据。
其中，还包括用于注入液态机械黄油的进液螺栓孔以及与进液螺栓孔相互配合连接的密封螺钉，进液螺栓孔开设在金属钢管的侧壁上。
其中，还包括位于传感器壳体两端的封装件和橡胶尾套，封装件一端通过内外螺纹连接方式与传感器壳体固定连接，封装件另一端通过卡扣与橡胶尾套固连。通过设置橡胶尾套，能够在一定程度上防止光纤在传感器壳体端部发生的折剪破坏，从而起到保护光纤的作用。
其中，还包括用于将传感器与被检测物连接的固定件；所述固定件包括支座、固定在支座上的安装板以及用于固定金属钢管的紧固装置；安装板上设有供金属钢管穿过的通孔，在安装板远离支座的一侧还设有相对应的孔结构；紧固装置包括穿过安装板孔结构的螺栓以及与螺栓配合连接的螺母。固定件的支座通过焊接与被检测物连接，实现传感器更好的与被检测物的刚性连接。
有益效果：本发明应变传感器结构为单层钢管形式，从而组装方式简单，有效提高了传感器的组装效率；通过在进液螺栓孔注射输入液体机械黄油，机械黄油能够起到减振作用，同时通过先用毛细钢管固定光纤，再用螺栓顶在毛细钢管上，有效保护了金属钢管内的光纤光栅，消除了施工过程中复杂多变的工况下引起的激烈振荡对光纤光栅的不利影响，避免了光纤光栅在横向剪力下发生破坏，提高传感器的存活率；本发明应变传感器一方面能够消除施工过程中振动对传感器存活率及准确性的不利影响，另一方面能够加强传感器与被检测物的连接强度。
附图说明
图1为本发明应变传感器的结构示意图；
图2为毛细钢管的放大结构示意图；
图3为本发明应变传感器的爆炸图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1～3所示，本发明基于光纤监测技术的应变传感器，包括由多节中空金属钢管3组成的传感器壳体，多节金属钢管3采用内外螺纹连接方式依次串接；金属钢管3外径12mm，壁厚3mm，内径9mm；还包括贯穿整个传感器壳体且从传感器壳体两端伸出的光缆1，在每节金属钢管3内均放置有毛细钢管2，在设置毛细钢管2位置处金属钢管3的侧壁上设有定位螺栓孔8以及与定位螺栓孔8相互配合连接的定位螺栓4，毛细钢管2通过定位螺栓4固定在金属钢管3内；毛细钢管2上开有沿光缆延伸方向的线槽21(毛细钢管2的直径为2mm，线槽开口宽度约为0.3mm)，光缆1嵌入在毛细钢管2的线槽中并用环氧树脂固定在线槽中；在金属钢管3中空腔体中填充有液态机械黄油11。
光缆1包括光纤与光栅12，其中位于传感器壳体内部的光纤为裸光纤，伸出传感器壳体内部的光纤为铠装光纤。伸出传感器壳体的光缆可是用来串联其它传感器，或连接光纤跳线。
本实施例传感器选用的金属钢管3节数为两节，在组装时，在传感器壳体中穿光缆1的时候，光栅位于传感器壳体的中间位置。其中一段金属钢管3的两端均开设有螺栓孔，螺栓孔内带有内螺纹，另一段金属钢管3一端为带有外螺纹的螺栓结构，一端为带内螺纹的螺栓孔，两段金属钢管通过内外螺纹相互配合连接形成一个整体结构，金属钢管3带内螺纹的螺栓孔用于与封装件6的螺栓端连接。
本发明应变传感器还包括用于注入液态机械黄油11的进液螺栓孔9以及与进液螺栓孔9相互配合连接的密封螺钉5，进液螺栓孔9开设在金属钢管3的侧壁上。螺栓孔与螺钉连接时，连接处设有螺纹密封紧固胶。
本发明应变传感器还包括位于传感器壳体两端的封装件6和橡胶尾套7，封装件6一端通过内外螺纹连接方式与传感器壳体固定连接，封装件6另一端通过卡扣与橡胶尾套7固连。封装件6内设有孔洞，可使光缆1紧密穿通，封装件6与金属钢管3端部通过内外螺纹相互配合可拆卸连接。通过在传感器壳体两个端部设置橡胶尾套7，能够在一定程度上防止光纤在传感器壳体端部发生的折剪破坏问题，从而起到保护光纤的作用。
本发明应变传感器还包括用于将传感器与被检测物连接的固定件10；固定件10包括用于连接金属钢管3和钢管桩的支座和用于固定金属钢管3的紧固装置，具体为：固定件10包括支座101、固定在支座101上的安装板104以及用于固定金属钢管3的紧固装置；安装板104上设有供金属钢管3穿过的通孔102，在安装板104远离支座101的一侧还设有相对应的孔结构；(安装板104上设有与金属钢管3等直径的通孔102)，通孔102直径大小为金属钢管3外径尺寸大小，紧固装置由螺栓和螺母实现固定件10对金属钢管3的夹持；紧固装置包括穿过安装板104孔结构的螺栓103以及与螺栓103配合连接的螺母105；固定件10的支座101通过焊接与被检测物连接，实现传感器更好的与被检测物的刚性连接。先将两组固定件10套设在应变传感器金属钢管3上，再拧紧紧固装置的螺母105，实现固定件10对应变传感器的夹持，通过固定件10的固定支座101与被测物体的焊接连接，使应变传感器与被检测物实现刚性连接。固定件通过焊接与被检测物连接，实现传感器与被检测物的刚性连接，从而解决了传统传感器由于连接易脱离被检测物而不能有效检测的问题。
金属钢管3的管壁内设有空腔，空腔内填充有液体机械黄油11(金属钢管3的管壁为单层结构)。本发明应变传感器所有孔洞及连接处均采用环氧树脂进行密封。
通过在用于封装光纤光栅传感器的内腔填充液体机械黄油11，液体机械黄油11能够很好的避免光纤光栅在激振荷载作用下的破坏，提高传感器存活率。
本发明应变传感器的组装过程：光缆1分别穿过橡胶尾套、密封件、毛细钢管、金属钢管、金属钢管、毛细钢管、密封件、橡胶尾套，金属钢管内的毛细钢管通过固定螺钉4固定，同时也将光缆1固定，组装成整体构件；通过注射工具在进液螺栓孔9将液体机械黄油11注射进金属钢管3的内壁空腔内；封装：通过进液螺栓孔9与密封螺钉5的连接，使传感器完成封装；标定：采用实验分析方法对光纤光栅应变传感器进行标定；标定完成的光纤光栅应变传感器在与固定件10固连之后，再将固定件10通过焊接方式与被检测物刚性连接。
Claims (6)
1.一种基于光纤监测技术的应变传感器，其特征在于：包括由多节中空金属钢管(3)组成的传感器壳体，多节金属钢管(3)采用内外螺纹连接方式依次串接；还包括贯穿整个传感器壳体且从传感器壳体两端伸出的光缆(1)，在每节金属钢管(3)内均放置有毛细钢管(2)，在设置毛细钢管(2)位置处金属钢管(3)的侧壁上设有定位螺栓孔(8)以及与定位螺栓孔(8)相互配合连接的定位螺栓(4)，毛细钢管(2)通过定位螺栓(4)固定在金属钢管(3)内；所述毛细钢管(2)上开有沿光缆延伸方向的线槽，光缆(1)嵌入在毛细钢管(2)的线槽中并用环氧树脂固定在线槽中；在金属钢管(3)中空腔体中填充有液态机械黄油(11)。
2.根据权利要求1所述的基于光纤监测技术的应变传感器，其特征在于：所述光缆(1)包括光纤与光栅，其中位于传感器壳体内部的光纤为裸光纤，伸出传感器壳体内部的光纤为铠装光纤。
3.根据权利要求2所述的基于光纤监测技术的应变传感器，其特征在于：金属钢管(3)的节数数量为偶数，在组装时，在传感器壳体中穿光缆(1)的时候，光栅位于传感器壳体的中间位置。
4.根据权利要求1所述的基于光纤监测技术的应变传感器，其特征在于：还包括用于注入液态机械黄油(11)的进液螺栓孔(9)以及与进液螺栓孔(9)相互配合连接的密封螺钉(5)，进液螺栓孔(9)开设在金属钢管(3)的侧壁上。
5.根据权利要求1所述的基于光纤监测技术的应变传感器，其特征在于：还包括位于传感器壳体两端的封装件(6)和橡胶尾套(7)，封装件(6)一端通过内外螺纹连接方式与传感器壳体固定连接，封装件(6)另一端通过卡扣与橡胶尾套(7)固连。
6.根据权利要求1所述的基于光纤监测技术的应变传感器，其特征在于：还包括用于将传感器与被检测物连接的固定件(10)；所述固定件(10)包括支座(101)、固定在支座(101)上的安装板(104)以及用于固定金属钢管(3)的紧固装置；安装板(104)上设有供金属钢管(3)穿过的通孔(102)，在安装板(104)远离支座(101)的一侧还设有相对应的孔结构；紧固装置包括穿过安装板(104)孔结构的螺栓(103)以及与螺栓(103)配合连接的螺母(105)。
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