CN202614433U - 光纤光栅土压力传感器 - Google Patents
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Abstract
一种光纤光栅土压力传感器，主要由壳体、压力传递部件、简支梁以及粘贴在简支梁二端附近上下表面的第一光纤光栅和第二光纤光栅组成；其简支梁安装于壳体内，压力传递部件为圆柱体，固定于简支梁上部中间位置，且它的下表面与简支梁的上表面接触，上部高出上盖；第一光纤光栅和第二光纤光栅顺简支梁长度方向粘贴，并串接在一起后尾纤经安装于壳体一端的出纤保护头引出，壳体上部有可装卸的上盖。本传感器以简支梁为受力弹性体，通过圆柱形压力传递部件将外界压力作用于简支梁上，粘贴在简支梁两端上下表面的两个光纤光栅的波长变化差做为测量信号，提高了灵敏度，实现了温度补偿。该传感器所测压力不受外界压力分布的影响，结构简单，使用方便。
Description
技术领域
本实用新型是一种土压力测量的光纤光栅传感器，属于光纤光栅传感领域。
背景技术
传统的土压力测量的传感器主要有电阻应变式、振弦式等。电阻应变式土压力测量传感器是应用电阻应变片在土压力的作用下发生形变而导致电阻值变化这一原理制作的；振弦式土压传感器是利用钢弦在不同的张力作用下具有不同的固定频率这一原理实现力的测量。土压力传感器一般工作在潮湿和酸碱盐等腐蚀性环境中，这些电式传感器耐腐蚀能力差，寿命短,不能长期可靠工作。其次，电式传感器无法串接使用，在传感器的数量具有一定规模时，需要铺设大量的信号传输电缆，同时也需要相应规模的信号接收和处理设备，增加了使用成本。此外，由于电式传感器的信号不能进行远程传输，在监测现场需要建设一定规模的信号传输设备和监测室，增加额外的成本。
光纤光栅传感是近些年来发展起来的新型传感技术，具有耐腐蚀、可串接复用和信号传输距离远等优势，受到各工程应用领域的广泛关注。王俊杰等人设计了差动式光纤光栅土压力传感器（参看文献“差动式光纤Bragg光栅土压计及其温度特性的研究”，来自《光电子·激光》，2007年4月，第18卷第4期），他们将平面圆形薄板和悬臂梁组成一复合结构，两光纤光栅对称贴于悬臂梁的上下表面实现差动式测量，并实现温度补偿。但是，该传感器在复杂的土壤环境中由于受力的不均匀性将导致测量结果误差较大。
专利号为200620021085.2的中国专利“光纤光栅封装土压力传感器”将两根光纤串接，一光纤光栅粘贴在圆形承压板的背面，另一相同的光纤光栅粘贴在金属条上起温度补偿的作用，金属条和圆形承压板固接在一起，土压力作用到圆形承压板上产生变形从而使粘贴其上的光纤光栅发生形变来测量土压力。该传感器结构简单，但是，同样存在压力分布对测量结果影响的问题。专利号为200720021750.2的中国专利“岩土用光纤光栅压力传感器”是将光纤光栅粘贴在呈倒L形的等强度梁上，土压力通过缸体上盖作用到等强度梁上，从而使粘贴其上的光纤光栅发生变形，光纤光栅又通过光纤与自由不受力状态的光纤光栅温度传感器串接消除温度的影响。该传感器的测量结果也存在受力分布的影响问题。专利号为200820222641.1的中国专利“光纤光栅土压力传感器”，测力光纤光栅用一对对称的固夹板固定，温度补偿光纤光栅用一对对称的缓冲夹板固定，测力光纤光栅和温度补偿光纤光栅串接一起，承压盘固定柱上有固夹板和缓冲夹板，土压力作用于承压盘上引起测力光纤光栅的变形来测量压力。但是内部结构有点复杂，测量灵敏度低。专利号为201010570760.8的中国专利“一种光纤光栅土压力传感器”，其压力传递部件采用钢制菱形结构，位于承压式顶盖与底板之间并与承压式顶盖和底板保持接触，光纤光栅粘贴在金属弹性薄片上，金属薄片的两侧固定在菱形结构的左右角上，土压力作用到承压式顶盖上，通过菱形结构压力传递部件引起金属薄片上光栅的横向变形，以此来测量土压力。该传感器不仅存在受力分布的影响，也没有考虑温度补偿问题。
发明内容
本实用新型目的是针对现有技术存在的上述问题，设计一种不受压力分布影响，同时具有温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器。
本实用新型设计的一种光纤光栅土压力传感器，它主要由壳体、压力传递部件、简支梁以及粘贴在简支梁二端附近上下表面的第一光纤光栅和第二光纤光栅组成；所述的简支梁安装于壳体内；压力传递部件为圆柱体，固定于简支梁上部中间位置，且它的下表面与简支梁的上表面接触，上部高出上盖；第一光纤光栅和第二光纤光栅顺简支梁长度方向粘贴，它们串接在一起, 尾纤经安装于壳体一端的出纤保护头引出；壳体上部有可装卸的上盖。
其中，所述的压力传递部件为中部有平圆柱凸台且下周沿有凸出压台的圆柱体，压力传递部件固定于简支梁上部中间位置，且它的平圆柱凸台面与简支梁的上表面接触。
所述的压力传递部件通过螺丝固定于简支梁上部中间位置。
所述的上盖与壳体通过螺纹固定。
本光纤光栅土压力传感器的压力传递部件将受到的压力作用到简支梁中间位置，简支梁受到压力作用，发生弯曲变形，粘贴在简支梁下表面的光纤光栅受到拉伸，而粘贴在简支梁上表面的光纤光栅受到压缩，两个光纤光栅的波长分别向大小两个方向变化，用两个光栅的波长差来表征传感器测量的压力的大小。
本实用新型有如下突出优点：
1、这种结构的传感器以简支梁为受力弹性体，以圆柱形压力传递部件将外部压力作用于简支梁，传感器测量结果不受压力分布影响；
2、采用粘贴在简支梁两端上下表面的两个光纤光栅的波长变化差做为测量信号，不仅提高了传感器的测量灵敏度，而且实现了温度的补偿。
附图说明
附图1是本实用新型实施方案的结构示意图。
图中：1、壳体；2、简支梁；3、螺钉；4、上盖；5、压力传递部件；6、第一光纤光栅；7、第二光纤光栅；8、出纤保护头。
具体实施方式
下面结合图1对传感器的结构做进一步的描述。本光纤光栅土压力传感器包括：壳体1、简支梁2、螺钉3、上盖4、压力传递部件5、第一光纤光栅6、第二光纤光栅7、出纤保护头8。壳体1类似盒子，第一光纤光栅6与第二光纤光栅7粘贴在简支梁2靠近两端的上下表面，压力传递部件5为中部有平圆柱凸台且下周沿有凸出压台的圆柱体，通过螺钉3固定于简支梁2上部中间位置，且它的平圆柱凸台面与简支梁的上表面接触。简支梁2和受力传递部件5通过螺钉3固定一起，之后放入壳体1内，两个光纤光栅6、7串接后的尾纤经出纤保护头8引出，上盖4与壳体1通过螺纹固定。
Claims (4)
1.一种光纤光栅土压力传感器，其特征在于，它主要由壳体(1)、压力传递部件(5)、简支梁(2)以及粘贴在简支梁二端附近上下表面的第一光纤光栅（6）和第二光纤光栅（7）组成；所述的简支梁安装于壳体内；压力传递部件（5）为圆柱体，固定于简支梁（2）上部中间位置，且它的下表面与简支梁（2的上表面接触，上部高出上盖（4）；第一光纤光栅（6）和第二光纤光栅（7）顺简支梁长度方向粘贴，它们串接在一起, 尾纤经安装于壳体一端的出纤保护头（8）引出；壳体（1）上部有可装卸的上盖（4）。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅土压力传感器，其特征在于：压力传递部件（5）为中部有平圆柱凸台且下周沿有凸出压台的圆柱体，压力传递部件（5）固定于简支梁（2）上部中间位置，且它的平圆柱凸台面与简支梁（2）的上表面接触。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅土压力传感器，其特征在于：所述的压力传递部件通过螺丝固定于简支梁上部中间位置。
4.根据权利要求1所述的光纤光栅土压力传感器，其特征在于：所述的上盖与壳体通过螺纹固定。
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