CN208688694U - 一种光纤光栅锚索测力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光纤光栅锚索测力传感器，包括弹性筒、密封层、外壳和光纤光栅；所述弹性筒为中空的圆筒形结构，上下带有伸出的帽檐结构；所述光纤光栅粘贴于弹性筒的外壁上；所述密封层位于光纤光栅的外侧，并固定于外壳与弹性筒之间；所述外壳位于最外层，并与弹性筒的上下帽檐紧固连接。本实用新型能够为土木工程中各种结构安全稳定性提供有效的监测手段，灵敏度高、抗电磁干扰、无信号畸变、结构简单、稳定性高且可长期实时在线监测。

Description

一种光纤光栅锚索测力传感器

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及到土木工程，具体涉及一种光纤光栅锚索测力传感器。

背景技术

在土木工程中，锚固工程至关重要，特别是对变形要求严格以及不稳定的工程部位如公路、铁路等的高陡边坡，需要利用锚索进行锚固，改善结构的稳定性并提高安全性。这时就需要借助锚索测力传感装置对锚索的受力情况进行长期实时安全监测，预防安全事故的发生。

传统的锚杆测力传感器大多为液压结构，这种传感装置较为复杂，且精度低、稳定性差，难以满足长期实时在线监测的要求。因此，具有测量精度高、抗干扰能力强、稳定性高的光纤光栅锚索测力传感器得到了广泛的应用。申请号为“201120558304.1”、名称为“锚索框架组合结构的光纤Bragg光栅测力传感器”的实用新型专利公开了一种光纤光栅测力传感器，所述的锚头测点光纤光栅和锚固段光纤光栅只能对单个测点进行测量，对于受力情况复杂的锚索如安装、张拉过程偏载可能受到的侧向应力和剪切应力等情况，这种测量结果可能不准确，且锚头测点光纤光栅直接粘贴在敏感元件表面，这样可能引起由于粘贴导致的信号啁啾而影响测量结果准确性，且没有进行适当的保护，易受外界不良环境破坏，导致无法测量。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种光纤光栅锚索测力传感器，能够为土木工程中各种结构安全稳定性提供有效的监测手段，灵敏度高、抗电磁干扰、无信号畸变、结构简单、稳定性高且可长期实时在线监测。

为此，本实用新型采用了以下技术方案：

一种光纤光栅锚索测力传感器，包括弹性筒、密封层、外壳和光纤光栅；所述弹性筒为中空的圆筒形结构，上下带有伸出的帽檐结构；所述光纤光栅粘贴于弹性筒的外壁上；所述密封层位于光纤光栅的外侧，并固定于外壳与弹性筒之间；所述外壳位于最外层，并与弹性筒的上下帽檐紧固连接。

进一步地，所述弹性筒的中心外侧设有中心凹槽，上下帽檐结构分别设有上伸出端和下伸出端，所述下伸出端处设有出纤孔；所述密封层与弹性筒的上伸出端和下伸出端紧密贴合。

优选地，所述光纤光栅包括第一测力光纤光栅、第二测力光纤光栅和温补光纤光栅；所述第一测力光纤光栅和第二测力光纤光栅两端的光纤分别粘贴于弹性筒的中心凹槽两侧而栅区处于悬空状态，温补光纤光栅不受力自由放置于中心凹槽内，第一测力光纤光栅、温补光纤光栅与第二测力光纤光栅三者串接，尾纤经由出纤孔引出。

优选地，还包括胶黏剂；所述光纤光栅包括若干测力光纤光栅，所述测力光纤光栅沿圆周方向均匀布置且数量不限，根据实际需要增减；所述测力光纤光栅经过适当的预拉伸后使用胶黏剂两点粘贴固定于中心凹槽的两侧，使光栅悬空于中心凹槽上。

优选地，所述出纤孔加工成“L”型且不限制其形状，用于套有松套管及进行铠装保护的尾纤引出。

优选地，所述弹性筒的上伸出端沿圆周方向均匀设置有若干个螺纹孔，并与外壳上部的螺纹孔一一对应，二者之间通过螺栓连接固定。

优选地，所述密封层采用水密性、气密性良好的材料，用于保护光纤光栅免受外部不良环境影响。

优选地，所述外壳与弹性筒之间为过盈配合，外壳的底部设有预留孔，用于引出光纤。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)测力光纤光栅为悬空粘贴固定，避免了因光栅区域全部粘贴容易出现的啁啾现象。

(2)温补光纤光栅位于中心凹槽内，完全不受外力作用，温补更加可靠准确。

(3)特别设计的密封层，更好的将光纤光栅与外界隔离，水气、泥沙等不会侵入光栅上，光纤光栅耐久性更强。

(4)灵敏度高、抗电磁干扰、无信号畸变、结构简单、稳定性高且可长期实时在线监测。

附图说明

图1是本实用新型所提供的一种光纤光栅锚索测力传感器的结构示意图。

图2是本实用新型所提供的一种光纤光栅锚索测力传感器中弹性筒的剖面结构图。

图3是弹性筒与光纤光栅布置示意图。

附图标记说明：1、弹性筒；1-1、上伸出端；1-2、中心凹槽；1-3、下伸出端；1-4、出纤孔；2、密封层；3、外壳；4、光纤光栅；4-1、第一测力光纤光栅；4-2、温补光纤光栅；4-3、第二测力光纤光栅；5、胶黏剂。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，本实用新型公开了一种光纤光栅锚索测力传感器，包括弹性筒1、密封层2、外壳3和光纤光栅4；所述弹性筒1为中空的圆筒形结构，上下带有伸出的帽檐结构；所述光纤光栅4粘贴于弹性筒1的外壁上；所述密封层2 位于光纤光栅4的外侧，并固定于外壳3与弹性筒1之间；所述外壳3位于最外层，并与弹性筒1的上下帽檐紧固连接。

具体地，如图2所示，所述弹性筒的中心外侧设有中心凹槽1-2，上下帽檐结构分别设有上伸出端1-1和下伸出端1-3，所述下伸出端1-3处设有出纤孔 1-4；所述密封层2与弹性筒1的上伸出端1-1和下伸出端1-3紧密贴合。

具体地，如图3所示，所述光纤光栅4包括第一测力光纤光栅4-1、第二测力光纤光栅4-3和温补光纤光栅4-2；所述第一测力光纤光栅4-1和第二测力光纤光栅4-3两端的光纤分别粘贴于弹性筒(1)的中心凹槽1-2两侧而栅区处于悬空状态，温补光纤光栅4-2不受力自由放置于中心凹槽1-2内，第一测力光纤光栅4-1、温补光纤光栅4-2与第二测力光纤光栅4-3三者串接，尾纤经由出纤孔 1-4引出。

具体地，还包括胶黏剂5；所述光纤光栅4包括若干测力光纤光栅，所述测力光纤光栅沿圆周方向均匀布置且数量不限，根据实际需要增减；所述测力光纤光栅经过适当的预拉伸后使用胶黏剂5两点粘贴固定于中心凹槽1-2的两侧，使光栅悬空于中心凹槽1-2上。

具体地，所述出纤孔1-4加工成“L”型且不限制其形状，用于套有松套管及进行铠装保护的尾纤引出。

具体地，所述弹性筒1的上伸出端1-1沿圆周方向均匀设置有若干个螺纹孔，并与外壳3上部的螺纹孔一一对应，二者之间通过螺栓连接固定。

具体地，所述密封层2采用水密性、气密性良好的材料，用于保护光纤光栅免受外部不良环境影响。

具体地，所述外壳3与弹性筒1之间为过盈配合，外壳3的底部设有预留孔，用于引出光纤。

实施例

一种光纤光栅锚索测力传感器，主要由弹性筒1，密封层2，外壳3，光纤光栅4(包括第一测力光纤光栅4-1、温补光纤光栅4-2、第二测力光纤光栅4-3) 组成；所述第一测力光纤光栅4-1、温补光纤光栅4-2与第二测力光纤光栅4-3 依次进行串联熔接，第一测力光纤光栅4-1与第二测力光纤光栅4-3经过适当预拉伸后利用环氧树脂胶黏剂将其两端分别粘贴固定于圆柱形弹性筒1的中心凹槽1-2两侧，而光栅处于悬空状态，温补光纤光栅不受力自由放置于中心凹槽 1-2内，同时在本实施例中第一测力光纤光栅4-1与第二测力光纤光栅4-3呈 180°对称布置，尾纤经过松套管以及铠装光缆保护后经由加工成“L”型出纤孔 1-4及外壳3预留孔引出连接到解调装置；所述密封层2采用水密性及气密性良好的材料制成固定于壳体与弹性筒之间，并与弹性筒1的上伸出端1-1、下伸出端1-3紧密贴合，弹性筒1上伸出端1-1沿圆周方向两两呈90°对称加工有4 个螺纹孔与外壳3对应加工的螺纹孔通过螺栓紧固连接。

在工作过程中，安装完成的传感器下端面与锚索端头紧密贴合固定，传感器上顶面与桥梁梁面紧密贴合。当锚索受拉时，在桥梁面与锚索端头的共同作用下，压紧传感器的弹性筒1使得其表面粘贴的光纤光栅受力，从而转化为光栅的波长漂移，经过光纤光栅解调装置解调，进行相应的数据处理得到波长漂移与所受力的关系，从而得到锚索的受力情况并在监控室数显，以此实现对锚索受力的长期实时监测。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光纤光栅锚索测力传感器，包括弹性筒(1)、密封层(2)、外壳(3)和光纤光栅(4)，其特征在于：所述弹性筒(1)为中空的圆筒形结构，上下带有伸出的帽檐结构；所述光纤光栅(4)粘贴于弹性筒(1)的外壁上；所述密封层(2)位于光纤光栅(4)的外侧，并固定于外壳(3)与弹性筒(1)之间；所述外壳(3)位于最外层，并与弹性筒(1)的上下帽檐紧固连接。

2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅锚索测力传感器，其特征在于：所述弹性筒的中心外侧设有中心凹槽(1-2)，上下帽檐结构分别设有上伸出端(1-1)和下伸出端(1-3)，所述下伸出端(1-3)处设有出纤孔(1-4)；所述密封层(2)与弹性筒(1)的上伸出端(1-1)和下伸出端(1-3)紧密贴合。

3.根据权利要求2所述的一种光纤光栅锚索测力传感器，其特征在于：所述光纤光栅(4)包括第一测力光纤光栅(4-1)、第二测力光纤光栅(4-3)和温补光纤光栅(4-2)；所述第一测力光纤光栅(4-1)和第二测力光纤光栅(4-3)两端的光纤分别粘贴于弹性筒(1)的中心凹槽(1-2)两侧而栅区处于悬空状态，温补光纤光栅(4-2)不受力自由放置于中心凹槽(1-2)内，第一测力光纤光栅(4-1)、温补光纤光栅(4-2)与第二测力光纤光栅(4-3)三者串接，尾纤经由出纤孔(1-4)引出。

4.根据权利要求2所述的一种光纤光栅锚索测力传感器，其特征在于：还包括胶黏剂(5)；所述光纤光栅(4)包括若干测力光纤光栅，所述测力光纤光栅沿圆周方向均匀布置且数量不限，根据实际需要增减；所述测力光纤光栅经过适当的预拉伸后使用胶黏剂(5)两点粘贴固定于中心凹槽(1-2)的两侧，使光栅悬空于中心凹槽(1-2)上。

5.根据权利要求2所述的一种光纤光栅锚索测力传感器，其特征在于：所述出纤孔(1-4)加工成“L”型且不限制其形状，用于套有松套管及进行铠装保护的尾纤引出。

6.根据权利要求2所述的一种光纤光栅锚索测力传感器，其特征在于：所述弹性筒(1)的上伸出端(1-1)沿圆周方向均匀设置有若干个螺纹孔，并与外壳(3)上部的螺纹孔一一对应，二者之间通过螺栓连接固定。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种光纤光栅锚索测力传感器，其特征在于：所述密封层(2)采用水密性、气密性的材料，用于保护光纤光栅免受外部不良环境影响。

8.根据权利要求7所述的一种光纤光栅锚索测力传感器，其特征在于：所述外壳(3)与弹性筒(1)之间为过盈配合，外壳(3)的底部设有预留孔，用于引出光纤。