CN206891626U - 一种新型光纤光栅土压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种新型光纤光栅土压力传感器，包括感应部分、温度补偿部分、外接部分以及外壳部分，本实用新型具有的特征是：感应膜片的下方为密封的传压油腔，通过密封圈将其封装，传压油腔与接弧形感应管连通，感应光纤光栅固定于弧形感应管的内侧两端，弧形感应管近油腔端为固定端，远端为自由端，自由端密封；具有预张拉的温度补偿光纤光栅，使用外壳底板及其必要组件进行封装。本实用新型结构简单，具有减小偏压误差的优点，同时精确度好、灵敏度高、体积小耐腐蚀、抗电磁辐射的优点。

Description

一种新型光纤光栅土压力传感器

技术领域

本实用新型是一种新型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，可广泛应用于边坡、坝体、基坑和路基内部土体的土压力测试和监测等。

背景技术

目前，我国的水利水电建设、高速公路和高铁建设正处于快速发展的扩张时期，出现了越来越多的高边坡和高填方路基。土压力的监测贯穿整个工程的始终，土压力的监测以及成为工程监测与工程安全稳定的重要指标之一。因此土压力盒被广泛应用于岩土工程监测中，尤其是在边坡、路基及体坝监测。

目前传统的土压力传感器按其工作原理可分为电阻应变式和振弦式。电阻式的缺点是对温度比较敏感、长期稳定性差、输出信号较弱、对于大应变往往有较大的非线性输出，并且电阻式的不可避免电磁辐射干扰，无法满足在强电磁辐射的恶劣工作环境中的工作需求。振弦式存在体积较大，且精度低，响应速度慢等缺点。

本实用新型的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

本实用新型专利公开了一种基于双光纤光栅的土压力传感器，除了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外，在一定程度上解决了土压力传感器监测过程中受偏压造成的监测数据不精准的问题，具有较大的突破意义。

本实用新型的具体特征如下：它包括了传感器外壳、封装底板、感应膜片、传压油腔、密封圈、弧形感应管、温度补偿光纤光栅、固定端、感应光纤光栅。具体可细分为感应部分、温度补偿部分以及外壳部分。感应膜片的下方为密封的传压油腔，通过密封圈将其封装，传压油腔下方连接着具有一定弧度的弧形感应管，并且传压油腔与弧形感应管相连通，感应光纤光栅固定于弧形感应管的内侧两端，弧形感应管近油腔端为固定端，远端为自由端，自由端密封。

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，通过螺栓使各部分相连成一个整体。

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：本实用新型一种实施方式的结构原理示意图。

具体实施方式

参见附图1，感应膜片8感应到土压力变化，产生应变ε，在此应变的作用下密封传压油腔7体积减小，产生液压，即把土压力转化为液压，液压作用于弧形感应管5，这一过程是本实用新型的创新之处。液压作用下感应弧形管内壁的压强可相互抵消，但是由于远端的自由端密封，压强会作用于密封端，产生水平方向向外的力，使得弧形感应管产生弹性形变，拉动感应光纤光栅1产生应变，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λ₁，温度引起的改变的应变波长为λ_T，建立函数：

λ₁＝f(ε，λ_T) (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。补偿光纤光栅 2是经过预张拉的，固定于内部固定端3，在不同温度条件下也会产生不同的应变，引起光纤光栅信号输出波长λ₂，建立函数：

λ₂＝f(ε，λ_T) (2)

根据(1)和(2)可消除λ_T，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 (5)

1.一种新型光纤光栅土压力传感器，包括传感器外壳、封装底板、感应膜片、传压油腔、密封圈、弧形感应管、温度补偿光纤光栅、固定端、感应光纤光栅以及外壳，具体可细分为感应部分、温度补偿部分以及外壳部分，感应膜片的下方为密封的传压油腔，传压油腔下方连接着具有一定弧度的弧形感应管，并且与传压油腔相连通，感应光纤光栅固定于弧形感应管的内侧两端，补偿光纤光栅补偿温度误差，整体通过外壳封装。

2.根据权利要求1所述的新型光纤光栅土压力传感器，其特征是：感应部分包括感应膜片、传压油腔、密封圈、弧形感应管以及感应光纤光栅，传压油腔位于感应膜片下方，将膜片所受应力转化为传压油腔液压。

3.根据权利要求1或2所述的新型光纤光栅土压力传感器，其特征是：油腔下方连接弧形感应管，具有一定的弧度，且靠近传压油腔端为固定端，远端为自由端，自由端密封，弧形内侧连接有预张拉的感应光纤光栅。

4.根据权利要求1所述的新型光纤光栅土压力传感器，其特征是：温度补偿部分包括温度补偿光纤光栅及其固定端，该光纤光栅预张拉，用于补偿环境温度带来的误差。

5.根据权利要求1所述的新型光纤光栅土压力传感器，其特征是：外壳部分包括固定螺栓、封装底板、外壳，外壳呈圆柱形，用于封装传感器。