CN204964080U - 一种基于光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器，属于锚杆应力测量技术领域。本实用新型螺纹钢管套在实心锚杆上，钢制连接套连接在两段螺纹钢管上并分别与之配合，沿实心锚杆纵向布设有两支光纤，光纤Bragg光栅以及光纤温度补偿传感器成对串接在光纤上，膨胀钻头位于螺纹钢管末端用于加强固定，钢垫片垫在螺纹钢管之上，橡胶垫圈垫在刚垫片之上，固定螺母垫在橡胶垫圈之上，钢垫片、橡胶垫圈、固定螺母中间套装实心锚杆，光纤引出端从橡胶垫圈中引出。本实用新型不仅加强了对传感元件和传感线路的保护，更能够根据实际锚杆长度和实际工程需要组装不同的长度；抗干扰能力强；结构简单，使用方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器，属于锚杆应力测量技术领域。
背景技术
作为土木工程中重要的支护形式之一，锚杆加固通常应用于公路、铁路、水利、矿井等工程中的高陡边坡和巷道承受岩土体压力的加固结构。随着时间推移锚杆安装完成后岩土等被锚杆结构自身的风化作用和锚杆自身的受力，蠕动变形和应力松弛都会改变锚杆的受力状态，特别是被锚固结构压缩变形，会使锚杆张拉完成锁定后的预应力损失。为了避免重大事故，因此需要设计一种应力测量传感器对锚杆的受力情况进行长期安全监测。
发明内容
本实用新型提供了一种基于光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器，是采用光纤Bragg光栅作为敏感元件和新型结构的专门针对边坡建筑物锚杆的测力计，以提高抗电磁干扰的能力及长期有效性，提高测力的灵敏度和分辨率，实现对锚杆的长期实时监测。
本实用新型的技术方案是：一种基于光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器，包括实心锚杆1、螺纹钢管2、钢制连接套3、光纤Bragg光栅4、光纤温度补偿传感器5、光纤6、光纤引出端7、膨胀钻头8、钢垫片9、橡胶垫圈10、固定螺母11；其中螺纹钢管2套在实心锚杆1上，钢制连接套3套连接在两段螺纹钢管2上并分别与之配合，沿实心锚杆1纵向布设有两支光纤6，光纤Bragg光栅4以及光纤温度补偿传感器5成对串接在光纤6上，膨胀钻头8位于螺纹钢管2末端用于加强固定，钢垫片9垫在螺纹钢管2之上，橡胶垫圈10垫在刚垫片9之上，固定螺母11垫在橡胶垫圈10之上，钢垫片9、橡胶垫圈10、固定螺母11中间套装实心锚杆1，光纤引出端7从橡胶垫圈10中引出。
所述实心锚杆1为钢制或者灌浆实心锚杆。
所述螺纹钢管2设置为两段或两段以上，在每两段螺纹钢管2衔接处套连接有钢制连接套3。
所述橡胶垫圈10与实心锚杆1的表面对称开有两个圆柱体凹槽，用于引出光纤6时包裹、保护光纤6的引出端。
本实用新型的工作原理是：
锚杆发生蠕动变形和应力松弛时，光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器的受力状态发生改变。当锚杆的纵向表面布设的光纤Bragg光栅应力发生变化时，将导致光栅栅距周期及纤芯折射率的变化，从而使光纤光栅中心波长发生移动，通过检测波长移动的情况，即可获得应力的变化情况。公式如下：
；
其中，neff是光纤芯区的有效折射率，为光栅的栅距，为波长。
由弹性力学可知光纤光栅中心波长随温度和轴向应变的变化可表示为：
令，为应变与波长变化关系的系数，为轴向应变分量，表示弹光系数，由此可得：
上式即为假定温度恒定时应变与波长变化的数学关系。
温度变化也会引起光纤光栅折射率的变化，由于本实用新型中设有光纤温度自动补偿，故不考虑温度变化的影响。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型提供的这种基于光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器，采用钢制连接套连接螺纹钢管，螺纹钢管包裹布设有光纤Bragg光栅的钢制或者灌浆实心锚杆的架构，不仅加强了对传感元件和传感线路的保护，更能够根据实际锚杆长度和实际工程需要组装不同的长度。
2、为了消除温度对光纤Bragg光栅应变的影响，本实用新型加入温度自动补偿，并可根据实际情况加减温度自动补偿，以保障对锚杆的长期监测。
3、抗干扰能力强：采用光纤Bragg光栅手段进行测量，具有不受外界电磁的干扰的优点。
4、结构简单，使用方便。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的“钢垫片-橡胶垫圈-固定螺母”套接结构的俯视图；
图3是本实用新型的“橡胶垫圈光纤引出”结构的侧视图；
图4是本实用新型的“橡胶垫圈光纤引出”结构的俯视图；
图5是本实用新型的“橡胶垫圈光纤引出”结构的仰视图；
图中各标号：1为实心锚杆、2为螺纹钢管、3为钢制连接套、4为光纤Bragg光栅、5为光纤温度补偿传感器、6为光纤、7为光纤引出端、8为膨胀钻头、9为钢垫片、10为橡胶垫圈、11为固定螺母。
具体实施方式
实施例1：如图1-5所示，一种基于光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器，包括实心锚杆1、螺纹钢管2、钢制连接套3、光纤Bragg光栅4、光纤温度补偿传感器5、光纤6、光纤引出端7、膨胀钻头8、钢垫片9、橡胶垫圈10、固定螺母11；其中螺纹钢管2套在实心锚杆1上，钢制连接套3套连接在两段螺纹钢管2上并分别与之配合，沿实心锚杆1纵向布设有两支光纤6，光纤Bragg光栅4以及光纤温度补偿传感器5成对串接在光纤6上，膨胀钻头8位于螺纹钢管2末端用于加强固定，钢垫片9垫在螺纹钢管2之上，橡胶垫圈10垫在刚垫片9之上，固定螺母11垫在橡胶垫圈10之上，钢垫片9、橡胶垫圈10、固定螺母11中间套装实心锚杆1，光纤引出端7从橡胶垫圈10中引出。
所述实心锚杆1为钢制实心锚杆。
所述螺纹钢管2设置为两段，在每两段螺纹钢管2衔接处套连接有钢制连接套3。
所述橡胶垫圈10与实心锚杆1的表面对称开有两个圆柱体凹槽，用于引出光纤6时包裹、保护光纤6的引出端。
实施例2：如图1-5所示，一种基于光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器，包括实心锚杆1、螺纹钢管2、钢制连接套3、光纤Bragg光栅4、光纤温度补偿传感器5、光纤6、光纤引出端7、膨胀钻头8、钢垫片9、橡胶垫圈10、固定螺母11；其中螺纹钢管2套在实心锚杆1上，钢制连接套3套连接在两段螺纹钢管2上并分别与之配合，沿实心锚杆1纵向布设有两支光纤6，光纤Bragg光栅4以及光纤温度补偿传感器5成对串接在光纤6上，膨胀钻头8位于螺纹钢管2末端用于加强固定，钢垫片9垫在螺纹钢管2之上，橡胶垫圈10垫在刚垫片9之上，固定螺母11垫在橡胶垫圈10之上，钢垫片9、橡胶垫圈10、固定螺母11中间套装实心锚杆1，光纤引出端7从橡胶垫圈10中引出。
所述实心锚杆1为灌浆实心锚杆。
所述螺纹钢管2设置为10段，在每两段螺纹钢管2衔接处套连接有钢制连接套3。
所述橡胶垫圈10与实心锚杆1的表面对称开有两个圆柱体凹槽，用于引出光纤6时包裹、保护光纤6的引出端。
实施例3：如图1-5所示，一种基于光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器，包括实心锚杆1、螺纹钢管2、钢制连接套3、光纤Bragg光栅4、光纤温度补偿传感器5、光纤6、光纤引出端7、膨胀钻头8、钢垫片9、橡胶垫圈10、固定螺母11；其中螺纹钢管2套在实心锚杆1上，钢制连接套3套连接在两段螺纹钢管2上并分别与之配合，沿实心锚杆1纵向布设有两支光纤6，光纤Bragg光栅4以及光纤温度补偿传感器5成对串接在光纤6上，膨胀钻头8位于螺纹钢管2末端用于加强固定，钢垫片9垫在螺纹钢管2之上，橡胶垫圈10垫在刚垫片9之上，固定螺母11垫在橡胶垫圈10之上，钢垫片9、橡胶垫圈10、固定螺母11中间套装实心锚杆1，光纤引出端7从橡胶垫圈10中引出。
所述螺纹钢管2设置为5段，在每两段螺纹钢管2衔接处套连接有钢制连接套3。
所述橡胶垫圈10与实心锚杆1的表面对称开有两个圆柱体凹槽，用于引出光纤6时包裹、保护光纤6的引出端。
实施例4：如图1-5所示，一种基于光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器，包括实心锚杆1、螺纹钢管2、钢制连接套3、光纤Bragg光栅4、光纤温度补偿传感器5、光纤6、光纤引出端7、膨胀钻头8、钢垫片9、橡胶垫圈10、固定螺母11；其中螺纹钢管2套在实心锚杆1上，钢制连接套3套连接在两段螺纹钢管2上并分别与之配合，沿实心锚杆1纵向布设有两支光纤6，光纤Bragg光栅4以及光纤温度补偿传感器5成对串接在光纤6上，膨胀钻头8位于螺纹钢管2末端用于加强固定，钢垫片9垫在螺纹钢管2之上，橡胶垫圈10垫在刚垫片9之上，固定螺母11垫在橡胶垫圈10之上，钢垫片9、橡胶垫圈10、固定螺母11中间套装实心锚杆1，光纤引出端7从橡胶垫圈10中引出。
上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种基于光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器，其特征在于：包括实心锚杆（1）、螺纹钢管（2）、钢制连接套（3）、光纤Bragg光栅（4）、光纤温度补偿传感器（5）、光纤（6）、光纤引出端（7）、膨胀钻头（8）、钢垫片（9）、橡胶垫圈（10）、固定螺母（11）；其中螺纹钢管（2）套在实心锚杆（1）上，钢制连接套（3）套连接在两段螺纹钢管（2）上并分别与之配合，沿实心锚杆（1）纵向布设有两支光纤（6），光纤Bragg光栅（4）以及光纤温度补偿传感器（5）成对串接在光纤（6）上，膨胀钻头（8）位于螺纹钢管（2）末端用于加强固定，钢垫片（9）垫在螺纹钢管（2）之上，橡胶垫圈（10）垫在刚垫片（9）之上，固定螺母（11）垫在橡胶垫圈（10）之上，钢垫片（9）、橡胶垫圈（10）、固定螺母（11）中间套装实心锚杆（1），光纤引出端（7）从橡胶垫圈（10）中引出。
2.根据权利要求1所述的基于光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器，其特征在于：所述实心锚杆（1）为钢制或者灌浆实心锚杆。
3.根据权利要求1或2所述的基于光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器，其特征在于：所述螺纹钢管（2）设置为两段或两段以上，在每两段螺纹钢管（2）衔接处套连接有钢制连接套（3）。
4.根据权利要求1或2所述的基于光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器，其特征在于：所述橡胶垫圈（10）与实心锚杆（1）的表面对称开有两个圆柱体凹槽，用于引出光纤（6）时包裹、保护光纤（6）的引出端。
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