CN204228306U - 双膜片光纤Bragg光栅土压力传感器 - Google Patents
双膜片光纤Bragg光栅土压力传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型属于土木工程结构安全监测技术领域，特别涉及一种双膜片光纤Bragg光栅土压力传感器，所述传感器包括基体，一次膜片，二次膜片以及液压腔，一次膜片为一个圆形薄膜片，并且在一次膜片的边缘设置着浅槽；一次膜片和二次膜片通过内六角头螺栓和密封O形圈与基体密封连接；环氧胶将测压光栅FBG1粘接在与二次膜片一体成型的光纤固定柱上；将测温光栅FBG2封装在毛细管内，形成一个温度传感器，固定在基体上与测压光栅FBG1等高的位置处；将测压光栅FBG1和测温光栅FBG2融接在一起，通过光纤引出管引出尾纤。本实用新型可用于挡土墙侧向压力测量、岩土材料内部应力监测、土木结构安全监测和地下工程结构安全监测等领域。
Description
技术领域
本实用新型属于土木工程结构安全监测技术领域，特别涉及一种双膜片光纤Bragg光栅土压力传感器。
背景技术
工程结构内部应力变化情况是分析评估工程设施运行安全的基本依据，通过长期准确测量在役工程（如重复使用提吊系统、岩锚梁、动载实验设施防护工程、模型实验装置）岩土体内部应力，对改进工程设施结构设计，确保其安全合理使用，具有重要意义。目前工程上岩土结构内部应力测量主要使用土压力传感器，如钢弦计、土压力盒等，这些电磁类传感器存在长期稳定性差、易受电磁干扰、布线多、不易组网等问题。基于光纤Bargg光栅(Fiber Bragg Gating, FBG)传感技术的土压力传感器抗电磁干扰能力强、灵敏度高、质量轻、信号传输距离远、易于组网使用寿命长等优点，具有广阔的应用前景。
在该领域，具有代表性的成果是昆明理工大学和云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院发明的“利用光纤Bragg光栅的双膜式土压力传感器”（专利申请号： CN201120502219.3），使用液压将一次膜片的应变传递给二次膜片，二次膜片通过圆球将应变传递给轴线上粘贴有光纤Bragg光栅的等强度梁。该传感器存在传压结构过于复杂，加工难度大且不具备温度自补偿能力等缺点，应用场合受到限制。
发明内容
本实用新型的目的在于：提供一种用于岩土结构内部温度和应力同时测量的双膜片光纤Bragg光栅土压力传感器，解决背景技术中存在的技术问题，本传感器结构简单但合理、灵敏度高、质量轻并且可同时测量温度和压力等优点。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下：双膜片光纤Bragg光栅土压力传感器，所述传感器包括传感器的主体结构基体，一次膜片，二次膜片以及它们连接后共同形成的液压腔，所述一次膜片为一个圆形薄膜片，并且在一次膜片的边缘设置着浅槽；一次膜片和二次膜片都是通过内六角头螺栓和密封O形圈与基体密封连接；通过环氧胶将测压光栅FBG1粘接在与二次膜片一体成型的光纤固定柱上，测压光栅FBG1的栅区时刻处于悬空并且绷紧的状态；将测温光栅FBG2封装在毛细管内，形成一个温度传感器，固定在基体上与测压光栅FBG1等高的位置处；将测压光栅FBG1和测温光栅FBG2融接在一起，通过光纤引出管引出尾纤。
本实用新型的有益效果：本实用新型采用了双膜片的设计，避免了介质与敏感元件直接接触，具有线性度好，寿命长的特点；对一次膜片进行了抗侧压设计，可提高传感器的抗横向干扰能力；二次膜片与固定柱一体成型，有效消除了加工应力对传感器性能的影响；压力传感光栅的栅区与敏感元件采用非接触式粘接，避免传感器在使用过程中发生啁啾现像；设计了专用的测温传感器，可实现温度和压力两个参数的同时测量，拓展了传感器的使用范围。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1是本实用新型传感器的部视图；
图2为本实用新型的三维效果图；
图3是一次膜片的俯视图。
具体实施方式
实施例1、双膜片光纤Bragg光栅土压力传感器，图1、2及3所示，所述传感器包括传感器的主体结构基体1，一次膜片2，二次膜片3以及它们连接后共同形成的液压腔4，其特征在于：所述一次膜片2为一个圆形薄膜片，并且在一次膜片2的边缘设置着浅槽；一次膜片2和二次膜片3都是通过内六角头螺栓7和密封O形圈8与基体1密封连接；通过环氧胶将测压光栅FBG15粘接在与二次膜片3一体成型的光纤固定柱上，测压光栅FBG15的栅区时刻处于悬空并且绷紧的状态；将测温光栅FBG26封装在毛细管内，形成一个温度传感器，固定在基体1上与测压光栅FBG15等高的位置处；将测压光栅FBG15和测温光栅FBG26融接在一起，通过光纤引出管9引出尾纤。
实践中，一次膜片是一个圆形平膜片，与土介质直接接触，边缘加工一道浅槽以减缓侧向压力的影响。二次膜片由圆形弹性膜片与光栅固定柱组成，固定柱与弹性膜片一体加工成型，以减小加工应力对膜片性能的影响。两个膜片与底座通过螺纹连接，二者中间形成一个密封的空腔，里边充满液压油，用来传递压力。二次膜片上的两个对称的固定柱用来固定土压力测量光栅FBG1的两端，温度传感器上的测温光栅FBG2用胶封装在毛细管内，安装在与FBG1平行高度位置。在土压力的作用下，一次膜片产生变形，引起油压变化，传递给二次膜片，二次膜片上固定柱之间的相对距离发生变化，拉伸FBG１产生应变，最终引起波长发生变化，通过测量FBG１波长变化就可获得介质土压力变化情况。当测试环境温度发生变化时，由于测量光栅FBG2完成不受外界压力影响，可通过测温光栅直接获得环境的温度值，将温度值代入FBG1的波长公式中，通过公式处理，就可剔除温度效应引起波长变化量，实现温度和土压力的同时测量。
Claims (1)
1.双膜片光纤Bragg光栅土压力传感器，所述传感器包括传感器的主体结构基体（1），一次膜片（2），二次膜片（3）以及它们连接后共同形成的液压腔（4），其特征在于：所述一次膜片（2）为一个圆形薄膜片，并且在一次膜片（2）的边缘设置着浅槽；一次膜片（2）和二次膜片（3）都是通过内六角头螺栓（7）和密封O形圈（8）与基体（1）密封连接；通过环氧胶将测压光栅FBG1（5）粘接在与二次膜片（3）一体成型的光纤固定柱上，测压光栅FBG1（5）的栅区时刻处于悬空并且绷紧的状态；将测温光栅FBG2（6）封装在毛细管内，形成一个温度传感器，固定在基体（1）上与测压光栅FBG1（5）等高的位置处；将测压光栅FBG1（5）和测温光栅FBG2（6）融接在一起，通过光纤引出管（9）引出尾纤。
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