CN206514980U - 一种双光纤光栅土压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种双光纤光栅土压力传感器，包括传感器壳体、压力感应部分及双光纤光栅，其特征为：压力感应部分采用平行四边形感应计，每两条边之间通过两端的高灵敏轴承和轴承连杆连接在一起，连杆凸出轴承一部分；两根光纤光栅张拉在平行四边形感应计两个对角线上，感应光纤光栅位于长对角线，温度补偿光纤光栅位于短对角，每根光纤光栅均与对角线上位于同一侧的轴承连杆凸起部分连接平行四边形感应计的上水平边连接在一起，下水平边与密封底板连接。使用外壳底板及其必要组件进行封装。本实用新型采用高灵敏轴承，灵敏度高；采用双光纤光栅可消除温度误差，提高精度，同时还具有结构简单、体积小、耐腐蚀、抗电磁辐射的优点。
Description
技术领域
本实用新型是一种新型双光纤光栅土压力的传感器，主要应用埋入式的土压力监测和工程监测，可广泛应用于岩土、坝体、边坡和路基内部土体的土压力测试和监测等。
背景技术
目前，用于岩土、混凝土等压力监测用传感器按其工作原理分类，主要包括电阻应变式、振弦式和光纤光栅式等。电阻应变式土压力传感器是依靠电阻应变片在土压力的作用下而产生机械形变，其电阻值发生变化这一电阻应变效应而制作的，对于静态和动态土压力都能够进行测量，它的缺点是对温度比较敏感、长期稳定性差、输出信号较弱和对于大应变有较大的非线性等。振弦式土压力传感器它是利用钢弦在不同张力作用下，具有不同的固定频率这一原理实现力的检测，采用频率作为传输信号，一般情况下该类传感器体积较大，且存在精度低、响应速度慢等缺点。
本实用新型土压力传感器是采用光纤光栅作为敏感元件。光纤光栅是一种性能优良的应变传感元件。无论是在技术成熟度上，还是在成本上均已取得了实质性的进展。光纤光栅本身具有灵敏度高、体积小、耐腐蚀、抗电磁辐射、长期稳定性好、光路可弯曲、便于实现远距离测量等优点，适用于长期的监测，而且多个光纤光栅组成的传感系统，多路传输，便于与计算机连接，可实现准分布式测量。
发明内容
本实用新型专利发明了一种基于双光纤光栅的土压力传感器，充分利用了平行四边形的易变型性，具有光纤光栅传感器灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁辐射、长期稳定性好等优点。
本实用新型的具体方案如下：一种双光纤光栅土压力传感器，包括传感器壳体、密封底板、密封螺栓、感应膜片、轴承连接杆、平行四边形感应计、感应光纤光栅、温度补偿光纤光栅以及必要的组件和外接部分。
其中，最重要的部分为平行四边形感应计，它的四条边每条边两端为高灵敏轴承端，上平行边形状不同于其他三边，与感应膜片固定，每两条边之间通过轴承连杆连接在一起，连接处轴承连杆凸出轴承两侧一部分，用于固定张拉光纤光栅。
上述的平行四边形感应计中，两根光纤光栅张拉在平行四边形感应计两个对角线上，感应光纤光栅位于长对角线，温度补偿光纤光栅位于短对角，每根光纤光栅均与对角线上位于同一侧的轴承连杆凸起部分连接平行四边形感应计的上水平边连接在一起，下水平边与密封底板连接。
本实用新型为双光纤光栅，一根为感应光纤光栅，另一根为温度补偿光纤光栅，可补偿由于温度造成的误差。
本实用新型的双光纤光栅均是经预张拉的，可提高测量的精确度。
本实用新型专利壳体为圆柱形。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步说明。
附图1：本实用新型的一种实施方式的结构原理示意图。
附图2：本实用新型的平行四边形感应计的连接方式平面图。
具体实施方式
参见附图1，一种双光纤光栅土压力传感器，包括传感器壳体11、密封底板10、感应膜片6、轴承连杆12、平行四边形感应计、感应光纤光栅7、温度补偿光纤光栅8以及必要的组件和外接部分9。
参见附图2，平行四边形感应计的连接方式平面图（图中只表示连接关系）。具体实施方式如图，轴承连接杆12上下分别连接轴承13，与之对应的平行四边形的边5就可构成感应计。
当感应膜片收到来自于土体的压力时，产生应ε，其表达式为：
其中，E 为膜片的杨氏模量，S 为膜片的横截面积。
由于感应膜片与平行四边形上水平杆固定在一起，而平行四边形感应计具有灵敏的感应能力，将在ε作用在产生形变，引起对角线长度的改变，即对光纤光栅施加应力。两根光纤光栅均经预张拉，对于位于长对角线上的感应光纤光栅，变形使得光纤光栅进一步拉伸，引起光纤光栅内部信号的改变，即光的波长的改变，将信号输出波长 ，温度引起的改变的应变波长为 ，建立函数：
(1)
由于光纤光栅的应变受到温度的影响较大，因此必须消除温度对结果的影响。对于位于短对角线上的温度补偿光纤光栅，平行四边形感应计的形变使得应变减小，引起光纤光栅信号输出波长 ，建立函数：
(2)
根据（1）和（2）可消除 ，从而到达消除温度误差的目的。
本实用新型专利壳体为圆柱形，通过螺栓9、外壳11和底板6使各部分相连成一个整体。
Claims (7)
1.一种双光纤光栅土压力传感器，包括传感器壳体、密封底板、感应膜片、轴承连杆、平行四边形感应计、感应光纤光栅、温度补偿光纤光栅以及外壳和外接部分，其特征在于：所述传感器壳体设置有密封底板与感应膜片，压力传递部件采取平行四边形结构，位于感应膜片下方与密封底板之间，两根光纤光栅成交叉状张拉于平行四边形对角线。
2.根据权利要求1所述的土压力传感器，其特征在于：感应膜片与下方的平行四边形感应计的上水平杆固定在一起，下水平杆与密封底板固定。
3.根据权利要求1所述的土压力传感器，其特征在于：平行四边形感应计四条边两端为高灵敏轴承，每两条边之间用轴承连杆连接，轴承连杆凸出轴承一部分。
4.根据权利要求1所述的土压力传感器，其特征在于：两根光纤光栅张拉于平行四边形感应计的两对角线，感应光纤光栅位于长对角线，温度补偿光纤光栅位于短对角。
5.根据权利要求3或4所述的土压力传感器，其特征在于：每根光纤光栅均与对角线上位于同一侧的轴承连杆凸起部分连接。
6.根据权利要求4所述的土压力传感器，其特征在于：两根都经预张拉，平行四边形感应计发生变形时，感应光纤光栅应变增大，温度补偿光纤光栅应变减小。
7.根据权利要求1所述的土压力传感器，其特征在于：外接部分包括双光纤光栅引出端及外接光缆。
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