CN206670616U - 一种弹簧式光纤光栅位错计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种弹簧式光纤光栅位错计，包括：光纤光栅、应变感应基片、定位片、保护壳体、压缩弹簧、滑动头、L型钢片和钢片；保护壳体内壁上通过多个夹片将定位片固定；定位片两端通过螺栓与应变感应基片固接，应变感应基片通过螺栓固定于两个L型钢片之间；在应变感应基片的中部粘贴光纤光栅，光纤光栅的尾纤置于保护壳体外侧；定位片上部和下部用相同方式设有四根压缩弹簧；其中一根压缩弹簧一端与L型钢片固接，另一端与钢片固接；保护壳体为矩形盒式，对应滑动头侧面设置有狭长活动缝，对面开设两个小孔，供光纤光栅的尾纤通过小孔穿出并套上光纤松套管。本实用新型的结构简单，测量精度高，稳定性好，且具有温度自补偿功能，易于加工制造，灵敏度高。

Description

一种弹簧式光纤光栅位错计

技术领域

本实用新型基于光纤光栅技术，是一种对地下管廊沉降缝两侧结构相对沉降量进行实时监测的传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

城市地下综合管廊是先于周边地块开发而规划建设的城市地下综合管廊网络，作为城市地下空间可持续发展的重要组成部分，解决了周边地区开发和建成后运营中的能源需求问题。随着周边地块的开发利用，尤其是深大基坑开挖和大范围降地下承压水，会引起已建成的地下综合管廊发生沉降变形，过大的相对沉降量会导致管沟结构的开裂、渗漏水等情况。若沉降缝两侧相对沉降量过大，可导致管廊内部供能管线的变形和开裂，对正常供能造成影响，甚至发生重大安全事故。通过对地下管廊沉降缝两侧相对沉降量的实时监测，可以实现控制周围地区开发时的基坑开挖速度与降水速度，对超限部位提前预警，避免引起管廊内部管线破坏，从而预防事故。光纤光栅传感器因具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀等特点，适用于地下复杂工程的长期健康监测。因此，研发一种长期实时监测地下管廊沉降缝两侧相对沉降状态的光纤光栅位错计很有必要。

实用新型内容

本实用新型涉及一种满足地下管廊长期实时监测，结构简单，性能稳定、可靠、灵敏度高、抗电磁干扰，可用于监测地下管廊沉降缝两侧结构相对沉降状态的光纤光栅位错计。

本实用新型解决技术问题的技术方案是：

一种弹簧式光纤光栅位错计，包括：光纤光栅、应变感应基片、定位片、保护壳体、压缩弹簧、滑动头、L型钢片和钢片；

保护壳体内壁上通过多个夹片将定位片固定；

定位片两端通过螺栓与应变感应基片固接，应变感应基片通过螺栓固定于两个L型钢片之间；在应变感应基片的中部粘贴光纤光栅，光纤光栅的尾纤置于保护壳体外侧；

定位片上部和下部用相同方式设有四根压缩弹簧；其中一根压缩弹簧一端与L型钢片固接，另一端与钢片固接；

滑动头固设于两个钢片之间；保护壳体为矩形盒式，对应滑动头侧面设置有狭长活动缝，对面开设两个小孔，供光纤光栅的尾纤通过小孔穿出并套上光纤松套管。

本实用新型具有下列优点和效果：

1.可对关键部位进行自动实时监测。

本实用新型采用光纤布拉格光栅作为传感元件，具有抗电磁干扰、耐腐 蚀的特点，可在地下管廊周围进行大规模基坑开挖或降地下承压水的全阶段进行实时监测，结合监测系统可做到超限自动提示预警。

2.测量精度可以调节。

由于本实用新型采用压缩弹簧将相对位移转化成弹力，施加在基片上，使基片发生轴向应变，进而通过光栅获取到信号，因此弹簧的刚度与基片材料和截面尺寸直接影响着光栅中心波长的变化量。通过选取不同刚度的弹簧，控制基片选材和截面尺寸可以灵活的改变测量精度。

3.本实用新型采用铝材，不锈钢板作为材料，造价低廉，且制作简单。由于本实用新型传感器大部分固定方式采用螺栓固定，随时能够对磨损的部件进行更换，且方便拆卸，因此工作稳定性得到提高。

4.适用范围广。

通过对传导部分进行改造，对感应部分与传导部分的固定形式进行变化，可以制作出适应各类结构与不同环境下的沉降缝两侧相对沉降量监测。

本实用新型的相对沉降量传感器结构简单，测量精度高且可调，稳定性好，且具有温度自补偿功能，易于加工制造，灵敏度高，抗电磁干扰，具有较好的适用性和拓展性。

附图说明

图1是本实用新型的俯视图。

图2是本实用新型的立体图。

图3是本实用新型的滑动头局部放大图。

图4是本实用新型的应变感应基片局部放大图。

图5是本实用新型的组合图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型的保护范围不受具体的实施例所限制。另外，以不违背本实用新型技术方案的前提下，对本实用新型所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本实用新型的权利要求范围之内。

图1-5所示，一种弹簧式光纤光栅位错计，包括：

光纤光栅1、应变感应基片2、定位片3、保护壳体4、压缩弹簧5、滑动头6、L型钢片8和钢片9；

保护壳体4内壁上通过多个夹片10将定位片3固定；

定位片3两端通过螺栓与应变感应基片2固接，应变感应基片2通过螺栓固定于两个L型钢片8之间；在应变感应基片2的中部粘贴光纤光栅1，光纤光栅1的尾纤置于保护壳体4外侧；

定位片3上部和下部用相同方式设有四根压缩弹簧5；其中一根压缩弹簧5一端与L型钢片8固接，另一端与钢片9固接；

滑动头6固设于两个钢片9之间；保护壳体4为矩形盒式，对应滑动头6侧面设置有狭长活动缝，对面开设两个小孔，供光纤光栅1的尾纤7通过小孔穿出并套上光纤松套管。

实施例，定位片通过螺栓与夹片垂直固定在活动缝对立侧保护壳体内壁 上。应变感应基片共有2个，分别用螺栓固定于定位片的上下两侧。应变感应基片中间部位轴线上贴有光纤光栅用来感知基片发生的轴向应变。应变感应基片自由端用螺栓外接2个L型钢片，外伸物用来承受弹簧弹力。传导弹簧共有4个，其一端固定于L型钢片上，另一端固定于U型钢片，用来将位移变量转化为弹簧的弹力。滑动头是由铝片制成的T型结构，采用螺栓与外部现有传导部件相连接，通过压缩弹簧将位移信号传递。应变感应基片采用铍青铜，定位片为铝片，传导弹簧采用合金钢弹簧。因为2个应变感应基片上均粘贴光纤光栅，由实际情况可知，2个应变感应基片不可能同时在外力下发生应变，故本传感器不配有温度自补偿光栅，实际监测时，未发生拉伸变形的应变感应基片上粘贴的光栅可视为温度补偿光栅。

本实用新型的一种监测地下管廊沉降缝两侧相对沉降量的弹簧式光纤光栅位错计的工作原理如下：

由光纤光栅原理可知，本传感器所测量应变与基片轴向应变满足关系：

A＝b·h (2)

式中，Δλ_B为中心波长改变量，k_ε为光纤光栅应变灵敏度系数，A为基片净截面面积，b为基片的截面宽度，h为基片的厚度。N为基片上轴向力，其满足基本方程：

N＝k_a·Δx (3)

k_a＝2·k (4)

其中k_a为基片所连接弹簧总刚度，k为一根弹簧的刚度，Δx为滑动头移动量。将(2)(3)(4)带入(1)可得：

进而有

令则有：Δx＝K·Δλ_B (7)

式中，K为位错计的灵敏度系数。

由此式可看出相对沉降量Δx与光栅中心波长改变量Δλ_B之间成线性关 系，通过监测中心波长改变量Δλ_B从而获得相对沉降量Δx的结果。

本实用新型的一种基于光栅光纤技术的实时监测地下管廊相对沉降量的位错计在具体封装时：

把应变感应基片一面用酒精清洗并擦拭干净，平放在封装台上，然后将光纤光栅两端固定，并施加一定的预应力，平行放置于铍青铜的表面。用光纤光栅精密调整架调整光纤光栅的位置，使光纤光栅的栅区位于基片的中间部位，滴取少量氰基丙烯酸乙酯于栅区处，当栅区固定后再在栅区表面涂抹少量环氧树脂，待环氧树脂固化后即完成了应变感应基片光纤光栅的封装。尾纤表面涂抹少量704胶后，用光纤松套管进行保护。

感应部分的矩形保护器壳体采用3mm厚铝材，采用螺杆进行拼装，滑动头伸出侧设置狭长活动缝。保护壳体内侧与应变感受结构采用螺栓相连接，外侧采用螺栓将外伸部分与墙体进行固定。在保护壳体另一侧开洞，引出光纤光栅的尾纤。封装完成后，用光纤松套管保护尾纤。

Claims (1)

1.一种弹簧式光纤光栅位错计，其特征在于，

包括：光纤光栅、应变感应基片、定位片、保护壳体、压缩弹簧、滑动头、L型钢片和钢片；

保护壳体内壁上通过多个夹片将定位片固定；

定位片两端通过螺栓与应变感应基片固接，应变感应基片通过螺栓固定于两个L型钢片之间；在应变感应基片的中部粘贴光纤光栅，光纤光栅的尾纤置于保护壳体外侧；

定位片上部和下部用相同方式设有四根压缩弹簧；其中一根压缩弹簧一端与L型钢片固接，另一端与钢片固接；

滑动头固设于两个钢片之间；保护壳体为矩形盒式，对应滑动头侧面设置有狭长活动缝，对面开设两个小孔，供光纤光栅的尾纤通过小孔穿出并套上光纤松套管。