CN211291420U - 光纤光栅沉降传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光纤光栅沉降传感器，属于土体监测传感技术领域，包括第一管体、套设在第一管体外的第二管体、设置在第一管体内的弹性件，以及搭设于第一管体的顶部的刚性元件；第一管体的底部封闭；第二管体与第一管体间隙配合；第二管体的外壁上设置有用于与被测土层接触并承受被测土层下压力的受力部；受力部上设置有开口朝上的凹槽；弹性件的底部与第一管体的底部连接，顶部延伸至第一管体外或与第一管体的顶端齐平；弹性件上贴设有用于监测弹性件伸长量的光纤光栅；刚性元件的一端与弹性件的顶端连接，另一端与第二管体的顶端连接。本实用新型提供的光纤光栅沉降传感器，测量结果精确，结构简单，安装便捷，且便于携带和移动。

Description

光纤光栅沉降传感器

技术领域

本实用新型属于土体监测传感技术领域，更具体地说，是涉及一种光纤光栅沉降传感器。

背景技术

近年来，由于高层建筑施工、地下开采矿物、地下水，以及软土地基下沉等因素，造成地基沉降，使得沉降监测对高层建筑物的安全、高铁行车的安全等方面具有十分重要的意义。在许多工程实践中，土体沉降造成的或多或少的危害比比皆是，因此在当今科技快速进步的时代，人们要对土体的沉降进行实时的监测，这就需要人们运用科技研发出一些具有较高实用性的工具。

在实现本实用新型过程中，实用新型人发现现有技术中至少存在如下问题：现有土体监测技术基本都结构复杂，测量误差大，安装不便。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种光纤光栅沉降传感器，旨在解决现有土体监测技术基本都结构复杂，测量误差大，安装不便的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供了一种光纤光栅沉降传感器，包括：第一管体，底部封闭；

第二管体，套设在所述第一管体外，且两者间隙配合；所述第二管体的外壁上设置有用于与被测土层接触并承受所述被测土层下压力的受力部；所述受力部的上端面上设置有开口朝上的凹槽；当所述被测土层发生沉降时，所述第二管体能够在所述受力部的带动下随土层下移；

弹性件，设置在所述第一管体内，底部与所述第一管体的底部连接，顶部延伸至所述第一管体外；所述弹性件上贴设有用于监测所述弹性件伸长量的光纤光栅；以及

刚性元件，搭设于所述第一管体的顶部，一端与所述弹性件的顶部连接，另一端与所述第二管体的顶部连接；当所述被测土层发生沉降时，所述刚性元件与所述第二管体连接一端随所述第二管体下移，另一端向上翘起同时带动所述弹性件向上延伸。

作为本申请另一实施例，所述受力部包括环绕于所述第二管体外壁上的螺旋条，所述凹槽与所述螺旋条等长且走向一致。

作为本申请另一实施例，所述第一管体的外壁上也设置有所述受力部。

作为本申请另一实施例，初始状态下，所述第二管体的顶端与所述第一管体的顶端齐平。

作为本申请另一实施例，还包括：

锚固头，设置在所述第一管体的底部，顶部用于封闭所述第一管体的底部开口，底部用于锚入稳定岩层或土层；所述弹性件的底部与所述锚固头的上部连接。

作为本申请另一实施例，所述锚固头包括锥形头、设置在所述锥形头顶部的第一连接部，以及设置在所述第一连接部上的第二连接部，所述第一连接部用于与所述第一管体可拆卸连接，所述第二连接部用于与所述弹性件的底部可拆卸连接。

作为本申请另一实施例，所述第一连接部与所述第一管体螺纹连接，所述锥形头的外表面上设置有锯齿结构。

作为本申请另一实施例，所述弹性件的底部设置有插孔，所述第二连接部上设置有用于插入所述插孔的插杆。

作为本申请另一实施例，还包括：

温度补偿光栅，设置在所述第一管体内。

作为本申请另一实施例，所述第二管体设有多个且分别与所述第一管体同轴设置；多个所述第二管体的高度由内至外依次缩短；各所述第二管体的顶端分别与所述第一管体的顶端齐平；所述弹性件、所述刚性元件和所述光纤光栅分别设有多个，多个所述弹性件、多个所述刚性元件和多个所述光纤光栅分别与多个所述第二管体一一对应；当其中一个土层发生沉降时，用于监测上述土层的相应第二管体随上述土层下移，相应弹性件在相应刚性元件的拉动下伸长。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：与现有技术相比，改变了被测土层沉降时弹性件的受力方式，测试时可使沉降传感器的顶端位于地面上方，这样刚性元件也会位于地面上方，在第二管体下移时，刚性元件的翘起不受土壤的压力影响，且弹性件位于第一管体内，第一管体又仅在顶部设有开口，避免了测试过程中土壤进入第一管体内，对测量结果造成不良影响，进而保证了测量结果的精确性。

另外，本实用新型实施例提供的光纤光栅沉降传感器结构简单，安装便捷，维修方便，且便于携带和移动。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的光纤光栅沉降传感器的主视结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的光纤光栅沉降传感器的俯视结构示意图；

图3为沿图2中A-A线的剖视结构图；

图4为沿图2中B-B线的剖视结构图。

图中：100、第一管体；200、第二管体；300、受力部；310、凹槽；400、弹性件；600、刚性元件；700、锚固头；710、锥形头；720、第一连接部；730、第二连接部。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请一并参阅图1至图4，现对本实用新型实施例提供的光纤光栅沉降传感器进行说明。所述光纤光栅沉降传感器，包括第一管体100、套设在第一管体100外的第二管体200、设置在第一管体100内的弹性件400，以及搭设于第一管体100的顶部的刚性元件600。

第一管体100的底部封闭。第二管体200与第一管体100间隙配合。第二管体200的外壁上设置有用于与被测土层接触并承受被测土层下压力的受力部300。受力部300的上端面上设置有开口朝上的凹槽310。当被测土层发生沉降时，第二管体200能够在受力部300的带动下随土层下移。

弹性件400的底部与第一管体100的底部连接，顶部延伸至第一管体100外。弹性件400上贴设有用于监测弹性件400伸长量的光纤光栅。

刚性元件600的一端与弹性件400的顶部连接，另一端与第二管体200的顶部连接。当被测土层发生沉降时，刚性元件600与第二管体200连接一端随第二管体200下移，另一端向上翘起同时带动弹性件400向上延伸。

为便于描述，以下部分内容将“光纤光栅沉降传感器”简称为“沉降传感器”。

使用时，在监测点打设下细上粗的竖井，将沉降传感器插入竖井中，使得第二管体200上的受力部300位于被测土层内。之后将贴附在弹性件400上的光纤光栅通过光纤与光纤光栅解调仪连接。

当被测土层发生沉降时，受力部300受到该土层的下压力也会带动第二管体200向下移动，进而使得刚性元件600以第一管体100的顶部为支点，与第二管体200连接的一端随第二管体200向下移动，另一端向上翘起，从而带动弹性件400的顶端上移，弹性件400整体被拉长。此时，贴附在弹性件400上的光纤光栅将检测到的信号通过光纤传送至光纤光栅解调仪，之后检测人员分析光纤光栅解调仪接收到的数据，得出被测土层的沉降量。

现有技术中一般是将弹性件400设置于第一管体100内，在第一管体100中下部设置受力部300，弹性件400顶部与第一管体100连接，底部与受力部300固定连接，当被测土层发生沉降时，受力部300受到该土层的下压力向下移动，进而向下拉长弹性件400。这样设置第一管体100的中下部需设置供受力部300上下滑动的滑道，放置到土体内后，土壤易通过滑道进入第一管体100的内腔，与弹性件400及其上的光纤光栅相接触，进而影响弹性件400的正常拉伸，或光纤光栅的使用寿命和传递信号的稳定性，从而影响测量结果的准确性。

本实用新型实施例提供的光纤光栅沉降传感器，与现有技术相比，改变了被测土层沉降时弹性件400的受力方式，测试时可使沉降传感器的顶端位于地面上方，这样刚性元件600也会位于地面上方，在第二管体200下移时，刚性元件600的翘起不受土壤的压力影响，且弹性件400位于第一管体100内，第一管体100又仅在顶部设有开口，避免了测试过程中土壤进入第一管体100内，对测量结果造成不良影响，进而保证了测量结果的精确性。在受力部300的上端面上开设凹槽310，增大了受力部300与土层的黏着力，能够很好地将土层与第二管体200固结。

另外，本实用新型实施例提供的光纤光栅沉降传感器结构简单，安装便捷，维修方便，且便于携带和移动。

本实施例中弹性件400可以为金属弹性膜片、橡胶条、金属条等，只要能实现上述功能即可。受力部300可以为固设于第二管体200外壁上的受力环、受力块或者其他结构，只要能实现上述功能即可。刚性元件600可以采用刚性杆、刚性板等，只要能实现上述功能即可。第一管体100的顶部开放或设有挡板，当设有挡板时弹性件400穿过挡板延伸至第一管体100外。

作为本实用新型提供的光纤光栅沉降传感器的一种具体实施方式，第一管体100的顶部设置有用于封堵第一管体100顶口的挡板，挡板的中部设置有供弹性件400由第一管体100内腔穿出的通孔。挡板的设置可限定弹性件400顶部与第一管体100顶口的相对设置，有助于保证弹性件400向上延伸时不会发生倾斜，进而保证了测试结果的准确性。

请参阅图1，作为本实用新型提供的光纤光栅沉降传感器的一种具体实施方式，受力部300包括环绕于第二管体200外壁上的螺旋条，凹槽310与螺旋条等长且走向一致。

使用时，可先将第一管体100插入竖井中，再将第二管体200旋入土体中。受力部300采用螺旋条，便于第二管体200插入土中，且实现了受力部300与被测土层的稳定固接，进而保证了测量结果的准确性。整个沉降传感器结构简单，成本低廉，解决了测量部分不能与土体充分固结及土体厚度多变的问题，可精确测量地基沉降量。

进一步地，螺旋条的横截面为尖端朝外的三角形或锥形。

请参阅图1，作为本实用新型提供的光纤光栅沉降传感器的一种具体实施方式，第一管体100的外壁上也设置有受力部300。

在第一管体100外壁上加设螺旋条，便于第一管体100旋入土中，与上一实施例相配合，进一步提高了沉降传感器预埋操作的便捷性，提高了工作效率。

具体地，待测土层一般沉降量不大，设置时可将螺旋条设置在第一管体100的下部，第二管体200套设于第一管体100的中上部，即使得螺旋条低于第二管体200，进而保证第二管体200随被测土层下移时不会受到第一管体100上螺旋条的阻挡，从而保证了测量结果的稳定性。还可以使得第二管体200的内径大于第一管体100上螺旋条的外径，即第二管体200套设于第一管体100上螺旋条外，进而使得第二管体200随被测土层下移时不会受到第一管体100上螺旋条的阻挡，从而保证了测量结果的稳定性。

请一并参阅图1及图2，作为本实用新型提供的光纤光栅沉降传感器的一种具体实施方式，初始状态下，第二管体200的顶端与第一管体100的顶端齐平。

这样刚性元件600可采用直杆或直板，且与弹性件400和第二管体200的连接操作更加便捷。

请一并参阅图1至图4，作为本实用新型提供的光纤光栅沉降传感器的一种具体实施方式，光纤光栅沉降传感器还包括设置在第一管体100的底部的锚固头700，锚固头700的顶部用于封闭第一管体100的底部开口，底部用于锚入稳定岩层或土层。弹性件400的底部与锚固头700的上部连接。

这里所说的稳定岩层或土层为不发生或不易发生沉降的岩层或土层。

使用时，将沉降传感器插入竖井中，使得锚固头700插入位于竖井底部的稳定岩层或土层中。这样实现了第一管体100与稳定岩层或土层的稳定连接，避免了监测过程中第一管体100发生沉降或倾斜进而影响第二管体200的移动，从而保证了沉降传感器检测结果的准确性。

请一并参阅图3及图4，作为本实用新型提供的光纤光栅沉降传感器的一种具体实施方式，锚固头700包括锥形头710、设置在锥形头710顶部的第一连接部720，以及设置在第一连接部720上的第二连接部730，第一连接部720用于与第一管体100可拆卸连接，第二连接部730用于与弹性件400的底部可拆卸连接。

第一连接部720与第一管体100可拆卸连接，便于锚固头700或第一管体100发生损坏后的单独更换，且便于搬运。

第二连接部730与弹性件400可拆卸连接，便于锚固头700或弹性件400发生损坏后的单独更换。

请一并参阅图3及图4，作为本实用新型提供的光纤光栅沉降传感器的一种具体实施方式，第一连接部720与第一管体100螺纹连接，锥形头710的外表面上设置有锯齿结构。

将沉降传感器放置到竖井中时，先将锚固头700插入竖井底部，使得锚入稳定岩层或土层中，之后将弹性件400的底部与锚固头700的上部连接，再将第一管体100旋入竖井中，直至第一管体100与锚固头700上的第一连接部720螺纹连接到位，之后将第二管体200旋入竖井中，直至第二管体200的顶端与第一管体100的顶端齐平，或低于第一管体100的顶端，之后通过刚性元件600连接第二管体200的顶部和弹性件400的顶部。

第一连接部720与第一管体100螺纹连接，实现了两者的稳定且紧密连接，避免了两者连接后，土壤经两者之间的接缝处进入第一管体100内腔的现象发生，进而保证了弹性件400伸缩的正常进行，及沉降传感器测量结果的准确性。

锥形头710外壁上增加锯齿结构能够增加锚固头700与基岩的黏着力，使光纤光栅沉降传感器能够更好的固结在岩层中。

作为本实用新型提供的光纤光栅沉降传感器的一种具体实施方式，弹性件400的底部设置有插孔，第二连接部730上设置有用于插入插孔的插杆。

插孔和插杆的设置实现了弹性件400与第二连接部730的快速连接与分离。

作为本实用新型提供的光纤光栅沉降传感器的一种具体实施方式，光纤光栅沉降传感器还包括设置在第一管体100内的温度补偿光栅。

温度补偿光栅的设置减小了温度对测量结果的不良影响，进一步提高了沉降传感器测量结果的准确性。

请一并参阅图1及图2，作为本实用新型提供的光纤光栅沉降传感器的一种具体实施方式，第二管体200设有多个且分别与第一管体100同轴设置。多个第二管体200的高度由内至外依次缩短。各第二管体200的顶端分别与第一管体100的顶端齐平。弹性件400、刚性元件600和光纤光栅分别设有多个，与多个第二管体200一一对应。当其中一个土层发生沉降时，用于监测上述土层的相应第二管体200随上述土层下移，相应弹性件400在相应刚性元件600的拉动下伸长。

第二管体200设为多个可实现不同土层沉降深度的同时监测，提高了沉降传感器测量范围的广度。

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

Claims (10)

1.光纤光栅沉降传感器，其特征在于，包括：

第一管体，底部封闭；

第二管体，套设在所述第一管体外，且两者间隙配合；所述第二管体的外壁上设置有用于与被测土层接触并承受所述被测土层下压力的受力部；所述受力部的上端面上设置有开口朝上的凹槽；当所述被测土层发生沉降时，所述第二管体能够在所述受力部的带动下随土层下移；

弹性件，设置在所述第一管体内，底部与所述第一管体的底部连接，顶部延伸至所述第一管体外；所述弹性件上贴设有用于监测所述弹性件伸长量的光纤光栅；以及

刚性元件，搭设于所述第一管体的顶部，一端与所述弹性件的顶部连接，另一端与所述第二管体的顶部连接；当所述被测土层发生沉降时，所述刚性元件与所述第二管体连接一端随所述第二管体下移，另一端向上翘起同时带动所述弹性件向上延伸。

2.如权利要求1所述的光纤光栅沉降传感器，其特征在于：所述受力部包括环绕于所述第二管体外壁上的螺旋条，所述凹槽与所述螺旋条等长且走向一致。

3.如权利要求2所述的光纤光栅沉降传感器，其特征在于：所述第一管体的外壁上也设置有所述受力部。

4.如权利要求1所述的光纤光栅沉降传感器，其特征在于：初始状态下，所述第二管体的顶端与所述第一管体的顶端齐平。

5.如权利要求1所述的光纤光栅沉降传感器，其特征在于，还包括：

锚固头，设置在所述第一管体的底部，顶部用于封闭所述第一管体的底部开口，底部用于锚入稳定岩层或土层；所述弹性件的底部与所述锚固头的上部连接。

6.如权利要求5所述的光纤光栅沉降传感器，其特征在于：所述锚固头包括锥形头、设置在所述锥形头顶部的第一连接部，以及设置在所述第一连接部上的第二连接部，所述第一连接部用于与所述第一管体可拆卸连接，所述第二连接部用于与所述弹性件的底部可拆卸连接。

7.如权利要求6所述的光纤光栅沉降传感器，其特征在于：所述第一连接部与所述第一管体螺纹连接，所述锥形头的外表面上设置有锯齿结构。

8.如权利要求6所述的光纤光栅沉降传感器，其特征在于：所述弹性件的底部设置有插孔，所述第二连接部上设置有用于插入所述插孔的插杆。

9.如权利要求1所述的光纤光栅沉降传感器，其特征在于，还包括：

温度补偿光栅，设置在所述第一管体内。

10.如权利要求1-9任一项所述的光纤光栅沉降传感器，其特征在于：所述第二管体设有多个且分别与所述第一管体同轴设置；多个所述第二管体的高度由内至外依次缩短；各所述第二管体的顶端分别与所述第一管体的顶端齐平；所述弹性件、所述刚性元件和所述光纤光栅分别设有多个，多个所述弹性件、多个所述刚性元件和多个所述光纤光栅分别与多个所述第二管体一一对应；当其中一个土层发生沉降时，用于监测上述土层的相应第二管体随上述土层下移，相应弹性件在相应刚性元件的拉动下伸长。

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