CN208366523U - 分布式光纤环结构的浪压冲击力测量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式光纤环结构的浪压冲击力测量传感器，涉及光纤传感技术领域，其包括圆盘形法兰结构的保护腔，还包括铠装光纤、锁紧护套、第一3dB耦合器、第二3dB耦合器、第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第一螺旋光纤、第二螺旋光纤；本实用新型既可以做到单点测量，又可以实现分布式多点串联布阵监测，不使用电源，采用激光光纤信号解调，稳定性好，成本低，可靠性高。实现了对大坝、海岛设施、舰船、潜艇等水面水下结构体浪压冲击的传感。

Description

分布式光纤环结构的浪压冲击力测量传感器

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，具体来讲是一种分布式光纤环结构的浪压冲击力测量传感器。

背景技术

对于水库或者海浪恶劣海况下极端波浪作用于大坝或者防狼结构体及建筑物的上部结构时，会对建筑物产生极大的瞬时波浪冲击荷载，在剧烈的波浪冲击荷载作用下，结构物的弹性变形和振动引起的微裂纹经过长时间的积累，会造成结构物坍塌和疲劳破坏；同时随着海洋开发逐步向深水发展，海洋结构物尺度变大，整体刚度变小，结构物的弹性效应越来越突出，有关波浪冲击荷载作用下的结构物的动力响应值得重视。

由于波浪冲击过程较复杂，涉及强非线性、瞬时效应、流体粘性、湍流、水气掺混等因素，关于波浪对海洋建筑物上部结构冲击作用的研究至今仍是海洋工程领域的难题。以往研究把海洋平台结构假定为刚体，但仅适用于浅水中的结构物。处于深水中的透空式结构物，随着结构尺度变大，整体刚度变小，自振频率和波浪荷载的频率更加趋近，同时冲击作用引起的局部振动会加速结构物表面微裂纹的增长过程，对建筑物的安全运行造成威胁。

由于波浪冲击作用的机理尚不清楚，有关冲击作用下结构物的动力响应以及结构振动与波浪冲击荷载的耦合作用的研究甚少。因此须通过模型试验，对波浪冲击作用下结构的动力响应特性进行分析研究，为海洋建筑物的结构设计和安全运行提供理论依据。

浪压力与波浪要素有关，对于中、高坝，浪压力在全部荷载中所占比重较小；对于低坝、闸墩、胸墙、表孔闸门等，浪压力常占相当比重。对于1级挡水建筑物，当浪压力为主要荷载之一时，宜通过模型试验进行论证。直墙式挡水建筑物上的浪压力：作用于铅直迎水面建筑物上的浪压力，根据建筑物迎水面的水深，可按以下3种情况分别计算。斜坡式挡水建筑物上的浪压力：对于1.5≤m≤5的混凝土整体式或装配式单坡护面板上的浪压力标准值，可按浪压力强度分布计算的合力确定。对于有平台的复式断面或有折坡的斜坡式挡水建筑物，其浪压力情况较为复杂，应通过专门研究确定。

目前国内外市场上还没有现成的浪压冲击力传感器，现有的浪压测量替代传感器是普通冲击力传感器，由于受到结构设计的问题，目前普遍采用电子传感器，不方便野外或者海上布置。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种分布式光纤环结构的浪压冲击力测量传感器，既可以做到单点测量，又可以实现分布式多点串联布阵监测，不使用电源，采用激光光纤信号解调，稳定性好，成本低，可靠性高。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：一种分布式光纤环结构的浪压冲击力测量传感器，包括圆盘形法兰结构的保护腔，还包括铠装光纤、锁紧护套、第一3dB耦合器、第二3dB耦合器、第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第一螺旋光纤、第二螺旋光纤；所述保护腔的中心孔两端分别设置有第一法兰端盖和第二法兰端盖；所述锁紧护套设置在保护腔的外壁；所述第一3dB耦合器和第二3dB耦合器都设置在保护腔的内壁；所述铠装光纤经过锁紧护套进入保护腔，铠装光纤在保护腔内分束成第一光纤对和第二光纤对，且第一光纤对与第一3dB耦合器的输入端连接，第二光纤对与第二3dB耦合器的输入端连接；所述第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤都设置在中心孔内，且第一光纤和第二光纤分别与第一3dB耦合器的输出端连接，第三光纤和第四光纤分别与第二3dB耦合器的输出端连接；所述第一螺旋光纤设置在第一法兰端盖的内侧，且第一螺旋光纤的两端分别与第一光纤、第二光纤连接；所述第二螺旋光纤设置在第二法兰端盖的内侧，且第二螺旋光纤的两端分别与第三光纤、第四光纤连接。

在上述技术方案的基础上，所述保护腔的内壁和外壁是台阶结构。

在上述技术方案的基础上，所述第一法兰端盖和第二法兰端盖的内侧都设置有螺旋沟槽，所述第一螺旋光纤和第二螺旋光纤设置在对应的螺旋沟槽内，并填充有密封胶。

在上述技术方案的基础上，所述第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第一螺旋光纤、第二螺旋光纤、第一光纤对和第二光纤对均为单模光纤。

在上述技术方案的基础上，所述第一光纤和第二光纤均与第一螺旋光纤一体成型，第三光纤和第四光纤均与第二螺旋光纤一体成型。

在上述技术方案的基础上，所述铠装光纤是由四根单模光纤组成的光纤束。

在上述技术方案的基础上，所述保护腔设置有若干螺栓孔。

本实用新型的有益效果在于：

本专利公布既可以做到单点测量，又可以实现分布式多点串联布阵监测，不使用电源，采用激光光纤信号解调，稳定性好，成本低，可靠性高。实现了对大坝、海岛设施、舰船、潜艇等水面水下结构体浪压冲击的传感。

附图说明

图1为本实用新型实施例中分布式光纤环结构的浪压冲击力测量传感器的结构示意图；

图2为图1的侧视图。

附图标记：

1-保护腔；2-中心孔；3-第一法兰端盖；4-第二法兰端盖；5-铠装光纤；6-锁紧护套；7-第一光纤对；8-第二光纤对；9-第一3dB耦合器；10-第二3dB耦合器；11-第一光纤；12-第二光纤；13-第三光纤；14-第四光纤；15-第一螺旋光纤；16-内壁；17-外壁；18-螺栓孔；19-第二螺旋光纤。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向(X)”、“纵向(Y)”、“竖向(Z)”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本实用新型的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本实用新型描述中，“数个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下面结合说明书的附图，通过对本实用新型的具体实施方式作进一步的描述，使本实用新型的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

参见图1和图2所示，本实用新型实施例提供了一种分布式光纤环结构的浪压冲击力测量传感器，包括圆盘形法兰结构的保护腔1，还包括铠装光纤5、锁紧护套6、第一3dB耦合器9、第二3dB耦合器10、第一光纤11、第二光纤12、第三光纤13、第四光纤14、第一螺旋光纤15、第二螺旋光纤19；

保护腔1的中心孔2两端分别设置有第一法兰端盖3和第二法兰端盖4；具体的，保护腔1的内壁16和外壁17是台阶结构，用于密封。优选的，保护腔1设置有若干螺栓孔18，用于固定传感器。

锁紧护套6设置在保护腔1的外壁17；

第一3dB耦合器9和第二3dB耦合器10都设置在保护腔1的内壁16；

铠装光纤5经过锁紧护套6进入保护腔1，铠装光纤5在保护腔1内分束成第一光纤对7和第二光纤对8，且第一光纤对7与第一3dB耦合器9的输入端连接，第二光纤对8与第二3dB耦合器10的输入端连接；具体的，铠装光纤5是由四根单模光纤组成的光纤束。

第一光纤11、第二光纤12、第三光纤13、第四光纤14都设置在中心孔2内，且第一光纤11和第二光纤12分别与第一3dB耦合器9的输出端连接，第三光纤13和第四光纤14分别与第二3dB耦合器10的输出端连接；

第一螺旋光纤15设置在第一法兰端盖3的内侧，且第一螺旋光纤15的两端分别与第一光纤11、第二光纤12连接；

第二螺旋光纤19设置在第二法兰端盖4的内侧，且第二螺旋光纤19的两端分别与第三光纤13、第四光纤14连接。

具体的，第一法兰端盖3和第二法兰端盖4的内侧都设置有螺旋沟槽，第一螺旋光纤15和第二螺旋光纤19设置在对应的螺旋沟槽内，并填充有密封胶。增加光纤敏感度，当法兰端盖外侧感受到浪压冲击以后会产生形变，这个形变会使螺旋光纤产生拉伸或压缩效应，从而感受浪压信号。

具体的，第一光纤11、第二光纤12、第三光纤13、第四光纤14、第一螺旋光纤15、第二螺旋光纤19、第一光纤对7和第二光纤对8均为单模光纤。

具体的，第一光纤11和第二光纤12均与第一螺旋光纤15一体成型，第三光纤13和第四光纤14均与第二螺旋光纤19一体成型。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“优选地”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点，包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中，在本说明书中对于上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或者示例中以合适方式结合。

本实用新型不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种分布式光纤环结构的浪压冲击力测量传感器，包括圆盘形法兰结构的保护腔(1)，其特征在于：还包括铠装光纤(5)、锁紧护套(6)、第一3dB耦合器(9)、第二3dB耦合器(10)、第一光纤(11)、第二光纤(12)、第三光纤(13)、第四光纤(14)、第一螺旋光纤(15)、第二螺旋光纤(19)；

所述保护腔(1)的中心孔(2)两端分别设置有第一法兰端盖(3)和第二法兰端盖(4)；

所述锁紧护套(6)设置在保护腔(1)的外壁(17)；

所述第一3dB耦合器(9)和第二3dB耦合器(10)都设置在保护腔(1)的内壁(16)；

所述铠装光纤(5)经过锁紧护套(6)进入保护腔(1)，铠装光纤(5)在保护腔(1)内分束成第一光纤对(7)和第二光纤对(8)，且第一光纤对(7)与第一3dB耦合器(9)的输入端连接，第二光纤对(8)与第二3dB耦合器(10)的输入端连接；

所述第一光纤(11)、第二光纤(12)、第三光纤(13)、第四光纤(14)都设置在中心孔(2)内，且第一光纤(11)和第二光纤(12)分别与第一3dB耦合器(9)的输出端连接，第三光纤(13)和第四光纤(14)分别与第二3dB耦合器(10)的输出端连接；

所述第一螺旋光纤(15)设置在第一法兰端盖(3)的内侧，且第一螺旋光纤(15)的两端分别与第一光纤(11)、第二光纤(12)连接；

所述第二螺旋光纤(19)设置在第二法兰端盖(4)的内侧，且第二螺旋光纤(19)的两端分别与第三光纤(13)、第四光纤(14)连接。

2.如权利要求1所述的分布式光纤环结构的浪压冲击力测量传感器，其特征在于：所述保护腔(1)的内壁(16)和外壁(17)是台阶结构。

3.如权利要求1所述的分布式光纤环结构的浪压冲击力测量传感器，其特征在于：所述第一法兰端盖(3)和第二法兰端盖(4)的内侧都设置有螺旋沟槽，所述第一螺旋光纤(15)和第二螺旋光纤(19)设置在对应的螺旋沟槽内，并填充有密封胶。

4.如权利要求1所述的分布式光纤环结构的浪压冲击力测量传感器，其特征在于：所述第一光纤(11)、第二光纤(12)、第三光纤(13)、第四光纤(14)、第一螺旋光纤(15)、第二螺旋光纤(19)、第一光纤对(7)和第二光纤对(8)均为单模光纤。

5.如权利要求1所述的分布式光纤环结构的浪压冲击力测量传感器，其特征在于：所述第一光纤(11)和第二光纤(12)均与第一螺旋光纤(15)一体成型，第三光纤(13)和第四光纤(14)均与第二螺旋光纤(19)一体成型。

6.如权利要求1所述的分布式光纤环结构的浪压冲击力测量传感器，其特征在于：所述铠装光纤(5)是由四根单模光纤组成的光纤束。

7.如权利要求1所述的分布式光纤环结构的浪压冲击力测量传感器，其特征在于：所述保护腔(1)设置有若干螺栓孔(18)。