CN207963790U - 一种分布式长标距光纤应变传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式长标距光纤应变传感器，包括分布式光纤、橡胶外壳、金属环以及咬合叶片，所述橡胶外壳为管形，管形的橡胶外壳包裹在所述分布式光纤外，所述橡胶外壳的两端连接设置有所述金属环，所述金属环的外径上连接有周向均匀分布的多个所述咬合叶片，可以提高与土体之间的结合力。本实用新型对应用于土体监测的分布式光纤进行了封装设计，一方面在保证分布式光纤埋设到土体后不会因加载而损毁，另一方面提高了光纤与土体协同变形的能力，为工程实际中的土体监测提供了新的思路。

Description

一种分布式长标距光纤应变传感器

技术领域

本实用新型涉及一种光纤应变传感器，特别是一种分布式长标距光纤应变传感器，属于变形及分布式光纤监测工程技术领域，用于土体里的优化封装。

背景技术

土体的变形量是评价土体稳定状态的一项重要指标。对于工程中岩溶区、采空区铁路或公路的路基沉降变形监测，实施分布式变形监测有助于及时获取土体受力和变形异常部位，采取相应的工程对策，以保证工程的正常施工和运行。路基变形监测虽有数字化测量仪器，数据采集还是以人工为主，测量过程还需要人工操作和记录，采用现代化的数据采集与传输技术还比较少，对应变值的测量，传统技术多采用电子应变传感装置(如电阻应变计、振弦式应变传感器、差动电阻式应变计等)，各类电子应变传感器普遍存在着耐久性差、零点漂移、带电工作、易受电磁干扰等缺陷，近年来随着光电技术的发展，出现了光纤传感技术，它以光作为采集信号的载体，以光纤作为传递光信号的介质，具有耐久性好、无零点漂移、不带电工作、抗电磁干扰、传输带宽大等突出优点，特别是其中的分布式光纤传感技术，可以实现对待测参数的连续分布式测量，为传统电子应变传感技术难以企及的，因此目前在上述各个应用领域中，分布式光纤应变传感系统正在逐步取代电子应变传感系统。随着分布式光纤传感技术的发展，不仅可以准确测量区域内的变形，而且能够对变形部位进行精确定位，使得岩土体变形监测能够实现及时准确量测。与传统监测方法相比，分布式光纤监测具有数据采集量大、采样间隔小、所得结果精度较高、适合长距离监测等优点，所以在土体变形测量领域具有广阔的应用前景。最近国内外一些研究者直接将应变感测光纤埋入待监测的土体中，基于光纤传感数据来分析土体的变形状态和稳定程度。这一方法施工较为便捷，但是土体和应变测试光纤之间的相互作用机理和协调变形问题没有得到充分的认识，同时对于应变感测光纤的选用和锚固点的设置也没有科学依据，因而光纤监测结果的可靠性具有很大的不确定性，极大程度上制约了该技术在工程中的推广应用。

实用新型内容

本实用新型目的在于解决上述之不足，提出一种既可保证分布式光纤结实而完整的埋置于土体中，又可满足分布式光纤与土体的协同变形的一种分布式长标距光纤应变传感器。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种分布式长标距光纤应变传感器，包括分布式光纤、橡胶外壳、金属环以及咬合叶片，所述橡胶外壳为管形，管形的橡胶外壳包裹在所述分布式光纤外，所述橡胶外壳的两端连接设置有所述金属环，所述金属环的外径上连接有周向均匀分布的多个所述咬合叶片。

进一步地，所述橡胶外壳的外径为15mm，内径为3mm的柔性橡胶外壳。

进一步地，所述分布式光纤为1或2根分布式长标距光纤。

进一步地，所述橡胶外壳的外层表面为粗糙表面。

进一步地，所述分布式光纤的总长超过1m，以保证所测范围内的应变均匀。

进一步地，所述金属环的厚度为1cm，外径为20mm，内径为3mm，用胶牢固连接于分布式光纤与橡胶外壳组成的整体的两端。

进一步地，所述的咬合叶片，其每一咬合叶片最外缘点组成直径为40mm的圆周，8片咬合叶片均匀地分布于金属环的外径上。

进一步地，所述咬合叶片为圆弧状。

进一步地，所述金属环内侧设置有内螺旋结构，橡胶外壳两端设置有外螺旋结构。

本实用新型的有益效果：

1、土体监测装置的主体结构由金属环与内置光纤的外层橡胶外壳组成，柔性的橡胶外壳有助于保护光纤，保证内部光纤的完整结实且达到了土体与光纤的协同变形效果。易变形的外层橡胶体可与被测对象共同变形，确保变形的有效传递；橡胶外壳外层表面设置为粗糙表面，确保与被测对象的紧密接触，较小测量误差，提高测量精度。金属环与光纤和橡胶外壳端部紧密连接，金属环上的咬合叶片负责提高与土体的咬合与粘结，以达到利用分布式光纤监测土体应力应变的目的。

2、橡胶外壳内布设1或2根光纤。1根光纤时仅有一根测量应变用的光纤。若需要在考虑温度补偿的情况下使用，则在外层橡胶外壳内设预留孔，孔内布1 根可自由穿过金属环而不用胶固结的温度补偿光纤，可消除温度效应对测量结果的影响。由于具体可用于岩溶或采空区的土体监测，若干根以此为单元的传感器可以连接伸长，从而实现覆盖范围大的监测目的。这种优化的光纤分装方式可保证光纤不受化学腐蚀，提高分布式光纤的耐久性。

附图说明

图1为本实用新型提出的分布式长标距光纤应变传感器结构示意图；

图2为本实用新型提出的分布式长标距光纤应变传感器侧视图。

图3为本实用新型提出的分布式长标距光纤应变传感器多个串联接入解调仪中的示意图。

图中：1分布式光纤、2橡胶外壳、3金属环、4咬合叶片、5解调仪。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图1-3，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1:取一根长度大于1m的分布式光纤1，将与其长度相同的外径为15mm，内径约为3mm的管形橡胶外壳2套在其外部，用胶体粘合剂将其两端固结在外径为20mm，厚度为1cm的金属环3上，分布式光纤1两端分别紧密连接在两个金属环3的中心，而分布式光纤1的中部可不受约束的包裹于橡胶外壳2 内。橡胶外壳2同样用胶固结于金属环3上，使分布式光纤1处于一密闭空间。金属环3的外径上均匀分布着8片圆弧状的咬合叶片4，每一咬合叶片最外缘点组成直径为40mm的圆周，以便于与土体良好咬合。橡胶外壳2的外层表面为粗糙表面。在实际工程需要中，每个单元的传感器可以实现串联接入解调仪5中，实现大范围土体的变形监测。

实施例2:取两根长度大于1m的分布式光纤1，将与其长度相同的外径为 15mm，内径约为3mm的管形橡胶外壳2套在其外部，其中一根分布式光纤1用胶体粘合剂将其两端固结在外径为20mm，厚度为1cm的金属环上，分布式光纤 1两端分别紧密连接在两个金属环3的中心附近，而分布式光纤1中部可不受约束的包裹于橡胶外壳2内。另一根温度补偿用的分布式光纤1则穿过预留在金属环3中心的小孔，自由地放置于橡胶外壳2内。其它特征与于实施例1相同，主要能够消除温度效应对测量结果的影响。

实施例3:在实施例1和2的基础上，对于金属环3与橡胶外壳2的连接方式上做进一步改进，将金属环3距圆心5mm处加工为内螺旋结构，而橡胶外壳2 两端加工为外螺旋结构，在传感器的实际安装中可直接手工拧紧，方便施工。而其它连接方式与施工方法可以仍用实施例1与2中的相关介绍。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种分布式长标距光纤应变传感器，其特征在于：包括分布式光纤(1)、橡胶外壳(2)、金属环(3)以及咬合叶片(4)，所述橡胶外壳(2)为管形，管形的橡胶外壳(2)包裹在所述分布式光纤(1)外，所述橡胶外壳(2)的两端连接设置有所述金属环(3)，所述金属环(3)的外径上连接有周向均匀分布的多个所述咬合叶片(4)。

2.根据权利要求1所述的一种分布式长标距光纤应变传感器，其特征在于：所述橡胶外壳(2)的外径为15mm，内径为3mm的柔性橡胶外壳(2)。

3.根据权利要求1所述的一种分布式长标距光纤应变传感器，其特征在于：所述分布式光纤(1)为1或2根分布式长标距光纤。

4.根据权利要求1所述的一种分布式长标距光纤应变传感器，其特征在于：所述橡胶外壳(2)的外层表面为粗糙表面。

5.根据权利要求1所述的一种分布式长标距光纤应变传感器，其特征在于：所述分布式光纤(1)的总长超过1m。

6.根据权利要求1所述的一种分布式长标距光纤应变传感器，其特征在于：所述金属环(3)的厚度为1cm，外径为20mm，内径为3mm，用胶牢固连接于分布式光纤(1)与橡胶外壳(2)组成的整体的两端。

7.根据权利要求1所述的一种分布式长标距光纤应变传感器，其特征在于：所述的咬合叶片(4)，其每一咬合叶片最外缘点组成直径为40mm的圆周，8片咬合叶片(4)均匀地分布于金属环(3)的外径上。

8.根据权利要求7所述的一种分布式长标距光纤应变传感器，其特征在于：所述咬合叶片(4)为圆弧状。

9.根据权利要求1所述的一种分布式长标距光纤应变传感器，其特征在于：所述金属环(3)内侧设置有内螺旋结构，橡胶外壳(2)两端设置有外螺旋结构。