CN201043922Y - 光纤光栅锚杆测量计探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光纤光栅锚杆测量计探头，包括外套和内套，外套设在内套外外套一端开口，另一端开有圆孔；内套两端分别设有凸沿，一端凸沿直径大于外套的外径，另一端凸沿直径稍小于外套的内径；外套上设有光纤引出通道，内套圆柱面垂直方向上粘贴测量应力应变的光纤光栅，光纤光栅穿过外套上的光纤引出通道与光解调信号处理装置相连接。使用时，锚杆一端穿过内套插入岩体内，另一端紧固于内套端面上。再把外套固定于内套外面。锚杆感受到围岩施加在其上的轴向拉伸力，经光纤光栅传递到光信号解调处理装置，分析计算出波长漂移量，得出内套受拉伸力的大小。其具有结构简单、操作方便、灵敏度高、稳定性、可靠性好、不受外界环境影响等优点。

Description

光纤光栅锚杆测量计探头

技术领域

本实用新型涉及一种测量锚杆轴向拉伸力的装置，具体地说是一种应用于矿山、岩土与地下结构工程的巷道、隧道使用锚杆的地方，以及其他行业应用光纤光栅锚杆的测量计探头。

背景技术

我们知道，目前的锚杆轴向拉伸力的测量采用应变片，但是应变片具有以下缺点：1.-易受电磁干扰和外界环境干扰，2.不灵敏、不可靠、寿命短，3.怕潮湿，4.不易组成感应网络，数据传输量小，多个应变片传感同时测量，难于串联，信号引出线多，连接复杂。

发明内容

本实用新型为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、测量方便、准确、数据传输量大、易组成光纤传感网络、不受外界环境影响的性价比高的光纤光栅锚杆测量计探头。

本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的：一种光纤光栅锚杆测量计探头，包括外套和内套，外套设在内套外，外套一端开口，另一端开有圆孔；内套轴向截面呈工字形，其两端分别设有凸沿，一端凸沿直径大于外套的外径，另一端凸沿直径小于外套的内径；外套上设有光纤引出通道，内套上外表面固定安装有光纤光栅，光纤光栅连接穿过外套上的光纤，经过引出通道与光信号解调处理装置相连接。

所述的内套两端的凸沿呈两级阶梯状，直径较大一端圆周上设有螺丝孔，外套上设有与内套的螺丝孔相对应的通孔。

所述的光纤光栅垂直粘贴于内套圆柱面上。

本实用新型的光纤光栅锚杆探头是光学传感器，本质安全、性能优越、抗电磁干扰强等，探头的内套上垂直方向固定安装光纤光栅，锚杆穿过内套内孔，与内套形成一测量锚杆轴向力大小的应力应变传感器。使用时，锚杆一端穿过内套插入岩体内，另一端通过螺帽旋紧于内套端面上。再把外套套于内套外面，外套一端卡在内套较大直径端的阶梯处，通过螺丝旋紧固定；另一端卡于内套较小直径端的阶梯处，既美观又可以较好地保护光纤光栅传感器免受外部施工破坏和其他的影响。插入岩土中的锚杆感受到围岩施加在锚杆上的轴向拉伸力，传递引起内套的拉压变形，进而将力的变化传递到内套上的光纤光栅，光纤光栅连接传输光纤通过引出通道把光信号传递到光信号解调处理装置上，分析光纤光栅传感器的拉伸变化能直接测量力的大小，光信号解调装置耦合输入宽带光到光纤内，经过光纤光栅的反射后的光又进入到光信号解调装置，光纤光栅的拉伸引起光栅的间距变化，从而引起反射光的中心波长的漂移变化，解调装置负责分析计算波长的漂移量，从而获得光纤光栅的拉伸变形量，从而得出内套受拉伸力的大小。光纤光栅传感探头是光传感器，本质安全，灵敏度高，稳定性与可靠性能好、不怕潮湿和灰尘，不受外界电磁场、振动等各种环境影响等优点。本实用新型具有结构简单、制作工艺简单、性价比高、操作方便、准确等特点。

本实用新型中提到的光信号解调处理装置是现有的设备，在此不再赘述。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型的使用状态示意图；

图3是本实用新型的加载压力-波长曲线图。

其中1.外套，2.内套，3.光纤引出通道，4.光纤光栅，5.光纤，6.凸沿，7.螺帽，8锚杆，9.岩体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1、图2所示，外套1设在内套2外，外套1一端开口，另一端开有圆孔；内套2轴向截面呈工字形，内套2两端分别设有呈两级阶梯状的凸沿6，直径较大一端圆周上设有螺丝孔，外套1上设有与内套2的螺丝孔相对应的通孔。直径较大一端凸沿6直径大于外套1的外径，另一端凸沿6直径小于外套1的内径；外套1上设有光纤引出通道3，垂直于内套圆柱面方向上粘贴有光纤光栅4，光纤光栅4与光纤5连接，光纤5穿过外套1上的光纤引出通道3与光信号调解处理装置相连接。

使用时，锚杆8一端从端内套2的较小直径穿过插入岩体9内，另一端通过螺帽7旋紧于内套2端面上，对锚杆8产生预应力引起内套2产生预压缩变形。再把外套1套于内套2外面，外套1一端卡在内套2较大直径端的阶梯处，通过螺丝旋紧固定；另一端卡于内套2较小直径端的阶梯处，既美观又可以较好地保护光纤光栅传感器免受外部施工破坏和其他的影响。则锚杆8上受到的轴向拉伸引起内套2的压缩伸张变形，锚杆8周围岩体9的力学参数通过锚杆8的轴向拉伸力来间接反应，再传递到内套2上的光纤光栅4上，光纤光栅4连接光纤通过引出通道3把信号传递到光信号解调处理装置上，光信号解调处理装置分析出相关的参数。

把本实用新型放置于拉压万能实验机，经实验测试。如图3所示，横坐标是压力，单位KN，纵坐标是光纤布拉格光栅随着探测到的压力变化(也就是锚杆在岩土内轴向拉伸力的变化)，而中心波长的变化，从曲线能看出感受压力的变化非常灵敏，载和卸载曲线基本对称，很灵敏地引起光栅探测的应力的变化。该传感器灵敏度高，量程范围大，抗电磁干扰，耐用，可靠性高。

Claims (3)

1.一种光纤光栅锚杆测量计探头，包括外套和内套，其特征在于：外套设在内套外，外套一端开口，另一端开有圆孔；内套轴向截面呈工字形，其两端分别设有凸沿，一端凸沿直径大于外套的外径，另一端凸沿直径小于外套的内径；外套上设有光纤引出通道，内套外表面上粘贴有光纤光栅，光纤光栅连接光纤，光纤穿过外套上的光纤引出通道与光信号解调处理装置相连接。

2.根据权利要求1所述的光纤光栅锚杆测量计探头，其特征在于：所述的内套两端的凸沿呈两级阶梯状，直径较大一端圆周上设有螺丝孔，外套上设有与内套的螺丝孔相对应的通孔。

3.根据权利要求1所述的光纤光栅锚杆测量计探头，其特征在于：所述的光纤光栅垂直粘贴于内套圆柱面上。

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