CN216482839U - 一种光纤式测斜仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光纤式测斜仪，包括测斜管套、光纤光栅传感器组件和控制模块；所述斜管套包括至少一层套管；所述控制模块包括光纤导线、解调仪和计算机；所述光纤光栅传感器组件包括受力柱、光纤光栅传感器、应变片、弹簧、指针和保护壳。本实用新型通过光纤导线将光纤光栅传感器监测到的光电信号传输到解调仪，通过终端计算机分析得到测斜管的位移变化，从而反映土体的变形情况；本实用新型灵敏度高、耐久性好，大大提升了测量精度，并且实现了对基坑的实时检测。

Description

一种光纤式测斜仪

技术领域

本实用新型涉及地基勘察设备技术领域，更具体的说是涉及一种光纤式测斜仪。

背景技术

越来越多的大型工程开始修建，包括超高层建筑、地铁、地下室等，基坑的深度不断增加，地质条件更加复杂，基坑周边环境也越来越复杂。为保证这些深基坑的施工安全，常常需要对基坑周边土体的水平位移进行实时检测。测斜仪主要应用于这一领域，并取得了良好的效果。

现有技术中的测斜仪通常利用安装在钻孔内的测斜管进行测量工作，在安装过程中对上下相邻两节测斜管的对接不能出现较大的对接空隙，还要求有较高的密封性，防止钻孔内的异物进入，而实际操作过程中，测斜管安装质量难以控制，有时甚至影响最终的测量精度；其次测斜仪探头需要在测斜管的滑槽内某些固定位置进行测量，而测斜管在运输、安装过程中，或是发生大变形的时候，一旦造成滑槽内部损坏，可能使得测斜仪探头被卡死在滑槽内无法移动，造成测斜孔无法使用以及检测设备损坏的严重后挂；另外测斜仪监测时，探头一般在测斜孔固定位置施测，每个测点间距为0.5m～1.0m，如果每次测量的位置不能保证在同一测点部位，将会对监测数据的准确性造成很大影响。目前，基坑监测中常用的测斜仪一般是在连接探头的电缆上进行标记来固化测点的位置，但是这一方法在实际操作中会产生一定的人为误差，因此，如何提供一种能够实现对基坑周边土体精确测量并实时监测的测斜仪是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种光纤式测斜仪，其目的在于利用光纤光栅传感器研制测斜仪，提高测斜管的测量精度和实现对基坑周边土体实时监测，极大的推进岩体基坑变形监测精度，为提高工程效率和工程安全质量提供保障。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种光纤式测斜仪，包括：光纤光栅传感器组件；

所述光纤光栅传感器组件包括应变片、受力柱、光纤光栅传感器、弹簧和指针；所述应变片环绕在所述受力柱表面；所述光纤光栅传感器设于所述应变片上；所述受力柱两端设有所述弹簧；所述弹簧的另一端和所述指针相连。

优选的，所述每个光纤光栅传感器组件包括至少一个光纤光栅传感器，当所述光纤光栅传感器数量大于1时，所述光纤光栅传感器固定在所述应变片的不同方向上。

优选的，所述光纤光栅传感器组件还包括保护壳、中空管、固定装置、钢节点、可拆卸连接组件和铅块；

所述弹簧的外部设有所述保护壳；所述指针穿出所述保护壳；所述受力柱和所述中空管垂直连接，所述钢节点为所述受力柱和所述中空管的连接点；所述中空管通过所述可拆卸连接组件与固定装置垂直相连；所述铅块设于所述中空管底部。

优选的，所述一种光纤式测斜仪，还包括测斜管套；

所述测斜管套为套管结构，包括至少一个单管体，当所述单管体数量大于1时，每个所述单管体管口设置四个互相垂直的凹槽，每两个所述单管体通过柔性组件卡接，所述柔性组件设于所述凹槽内；

所述测斜管套内设置有封盖；所述光纤光栅传感器组件固定于所述封盖下端。

优选的，所述一种光纤式测斜仪，还包括控制模块；所述控制模块设于所述测斜管套外侧；

所述控制模块包括光纤导线、解调仪和计算机；所述光纤导线和所述光纤光栅传感器相连；所述解调仪的输入端和所述光纤导线相连，所述解调仪的输出端和所述计算机相连。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种光纤式测斜仪，包括至少一根装有光纤光栅传感器的测斜管，通过监测不同深度测斜管内传感器的应力变化，反映该位置土体的变形情况。本实用新型采用的光纤光栅传感器灵敏度高、耐久性好，可以广泛应用于岩土工程领域，利用光纤光栅对岩土体变形进行传感反馈，将位移变形信号转化为光电信号，装置结构简单，体积小，密封性好，可以获取高精度的监测数据并实时监测基坑的水平位移情况。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的光纤光栅传感器组件结构示意图；

图2附图为本实用新型提供的光纤光栅测斜仪整体结构示意图；

图3附图为本实用新型提供的光纤光栅测斜仪测斜管套凹槽示意图。

其中1-铅块、2-中空管、3-指针、4-弹簧、5-光纤光栅传感器、6-保护壳、7-可拆卸连接组件、8-固定装置、9-钢节点、10-光纤导线、11-封盖、12-受力柱、13-应变片。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种光纤式测斜仪，如图1所示，包括：光纤光栅传感器组件；

光纤光栅传感器组件包括应变片13、受力柱12、光纤光栅传感器5、弹簧4和指针3；应变片13环绕在受力柱12表面；光纤光栅传感器5设于应变片13上；受力柱12两端设有弹簧4；弹簧4的另一端和指针3相连。

为了进一步实施上述技术方案，每个光纤光栅传感器组件包括至少一个光纤光栅传感器5，当光纤光栅传感器5数量大于1时，光纤光栅传感器5固定在应变片13的不同方向上。在本实施例中光纤光栅传感器5数量设置为四个，分别固定在应变片13的四个不同方向上。

为了进一步实施上述技术方案，光纤光栅传感器组件还包括保护壳6、中空管2、固定装置8、钢节点9、可拆卸连接组件7和铅块1；

弹簧4的外部设有保护壳6；指针3穿出保护壳6；受力柱12和中空管2垂直连接，钢节点9为受力柱12和中空管2的连接点；中空管2通过可拆卸连接组件7与固定装置8垂直相连；铅块1设于中空管2底部。

为了进一步实施上述技术方案，一种光纤式测斜仪，如图2所示，还包括测斜管套；

测斜管套为套管结构，包括至少一个单管体，当单管体数量大于1时，每个单管体管口设置四个互相垂直的凹槽，每两个单管体通过柔性组件卡接，柔性组件设于凹槽内，本实施例中柔性组件选用橡胶材质的连接组件；

测斜管套内设置有封盖11；光纤光栅传感器组件固定于封盖11下端。

为了进一步实施上述技术方案，一种光纤式测斜仪，还包括控制模块；控制模块设于所述测斜管套外侧；

控制模块包括光纤导线10、解调仪和计算机；光纤导线11和光纤光栅传感器5相连；解调仪的输入端和光纤导线10相连，解调仪的输出端和计算机相连。

本实用新型实施例公开了一种光纤式测斜仪，具体监测方法是：

测定光纤式测斜仪初始状态下弹簧和指针的长度X₀及弹簧劲度系数K，录入测斜仪计算机数据库。

将光纤式测斜仪预置于检测点，测定光纤光栅的初始波长λ录入计算机数据库，通过光纤导线将光纤光栅监测到的光电信号传输到解调仪，不同时间光纤光栅的波长为λ₁，λ₂，λ₃，λ₄；

其中，Δλ为光纤光栅波长变化量，λ为光纤光栅初始波长，k₁为应变比例系数，k₂为温度比例系数，ε为光纤光栅应变，ΔT为温度变化；

应变片上光纤光栅产生的应变，分别为ε₁，ε₂，ε₃，ε₄，波长及波长变化量分别为λ₁，λ₂，λ₃，λ₄和Δλ₁，Δλ₂，Δλ₃，Δλ₄；

其中：

ε₀＝(ε₁+ε₂+ε₃+ε₄)/4

则：

在本实施例中，温度变化可忽略不计，令：

代入公式：

P₀＝k₀·ε₀

P₀为应变片所受的的压力，ε₀为应变片产生的应变，k₀为比例系数；

简化得：

P₀＝w₀·Δλ₀

w₀为比例系数，通过室内标定试验得到；

通过终端控制器对解调仪监测的波长进行运算得出位移和倾角变化，从而分析该监测点土体的变形情况；

所述温度补偿式光纤压力传感器受力计算公式为：

ΔX＝P₀/K

Δθ＝arccos((ΔX+X₀)/ΔX)

Δθ为倾斜角(°)，K为弹簧的劲度系数(F/m)，X₀为初始状态下弹簧和指针的长度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参照即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种光纤式测斜仪，其特征在于，包括：光纤光栅传感器组件；

所述光纤光栅传感器组件包括应变片、受力柱、光纤光栅传感器、弹簧和指针；

所述应变片环绕在所述受力柱表面；所述光纤光栅传感器设于所述应变片上；所述受力柱两端设有所述弹簧；所述弹簧的另一端和所述指针相连。

2.根据权利要求1所述的一种光纤式测斜仪，其特征在于，所述每个光纤光栅传感器组件包括至少一个光纤光栅传感器，当所述光纤光栅传感器数量大于1时，所述光纤光栅传感器固定在所述应变片的不同方向上。

3.根据权利要求1所述的一种光纤式测斜仪，其特征在于，所述光纤光栅传感器组件还包括保护壳、中空管、固定装置、钢节点、可拆卸连接组件和铅块；

所述弹簧的外部设有所述保护壳；所述指针穿出所述保护壳；所述受力柱和所述中空管垂直连接，所述钢节点为所述受力柱和所述中空管的连接点；所述中空管通过所述可拆卸连接组件与固定装置垂直相连；所述铅块设于所述中空管底部。

4.根据权利要求1所述的一种光纤式测斜仪，其特征在于，还包括测斜管套；

所述测斜管套为套管结构，包括至少一个单管体，当所述单管体数量大于1时，每个所述单管体管口设置四个互相垂直的凹槽，每两个所述单管体通过柔性组件卡接，所述柔性组件设于所述凹槽内；

所述测斜管套内设置有封盖；所述光纤光栅传感器组件固定于所述封盖下端。

5.根据权利要求4所述的一种光纤式测斜仪，其特征在于，还包括控制模块；所述控制模块设于所述测斜管套外侧；

所述控制模块包括光纤导线、解调仪和计算机；所述光纤导线和所述光纤光栅传感器相连；所述解调仪的输入端和所述光纤导线相连，所述解调仪的输出端和所述计算机相连。

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