一种具有高分辨力的光纤布拉格光栅沉降传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种具有高分辨力的光纤布拉格光栅沉降传感器，包括储水壳体与封装壳体，储水壳体与封装壳体之间相隔设置有膜片；储水壳体顶部设置有出水阀门，储水壳体两侧设置有进水阀门与堵水阀门；封装壳体中设置有一圆环，圆环顶部设置有与膜片连接的第一传力杆，圆环底部设置有通过螺丝与封装壳体内侧底面固定的第二传力杆，圆环两侧设置有第一固纤槽与第二固纤槽，第一固纤槽与第二固纤槽中设置有光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅的突出封装壳体的部分套设有光纤护套；封装壳体底部设置有通气阀门。该传感器成本低，可靠性好。可靠性好。可靠性好。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高分辨力的光纤布拉格光栅沉降传感器


[0001]本专利技术涉及光纤传感器件
，具体涉及一种具有高分辨力的光纤布拉格光栅沉降传感器。

技术介绍

[0002]土木工程结构在软土地基、截水排水操作不当、荷载超限以及设计施工标准达不到规范要求等多种因素综合作用下，会诱发结构的沉降变形，若沉降变形过大超出国家标准规范设定的危险阈值，严重时会导致工程结构倒塌等毁灭性事故的发生。沉降的测量通过使用全站仪或水准仪对各个测点进行定期记录，但无法实现对结构的实时监测。为了对土木工程结构的安全运营保驾护航，推广动态采集、连续实时、抗干扰能力强、稳定性好的自动化变形监测技术势在必行。
[0003]光纤布拉格光栅在自动化变形监测中具有体积小、波长编码、准分布式测量、组网便捷以及可靠性良好等优点，另外相比于传统的光电式静力水准仪与电容式静力水准仪，光纤布拉格光栅的抗电磁干扰特点使其能长期服役于恶劣环境。
[0004]裸露的光纤布拉格光栅的径向压力灵敏度仅为
‑
4.33pm/MPa，无法直接应用于水压力测量，因此需要设计相应的增敏结构与封装壳体，实现对测点水压力变化的高精度测量，进而根据连通管原理，在基准点与各个监测点布置所设计的光纤布拉格光栅沉降传感器，利用沉降变形所反映的水位压力变化，监测点相对于基准点产生水位压力变化时，沉降传感器可以敏感地识别其相应的水位变化，基于沉降传感器的测量系统可以广泛应用于桥梁挠度变形，铁路轨道沉降，隧道收敛变形，建筑物不均匀沉降与地下综合管廊隆起等工程领域中。/>
技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种具有高分辨力的光纤布拉格光栅沉降传感器，以实现对沉降现象的监测。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种技术方案：一种具有高分辨力的光纤布拉格光栅沉降传感器，包括储水壳体与封装壳体，储水壳体与封装壳体之间相隔设置有膜片；储水壳体顶部设置有出水阀门，储水壳体两侧设置有进水阀门与堵水阀门；封装壳体中设置有一圆环，圆环顶部设置有与膜片连接的第一传力杆，圆环底部设置有通过可拆卸方式与封装壳体内侧底面固定的第二传力杆，圆环两侧设置有第一固纤槽与第二固纤槽，第一固纤槽与第二固纤槽中设置有光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅的延伸出封装壳体的部分套设有光纤护套；封装壳体底部设置有通气阀门。
[0007]按上述方案，第一传力杆和第二传力杆相对于圆环的圆心竖直对称分布，第一固纤槽与第二固纤槽相对于圆环的圆心水平对称分布。
[0008]按上述方案，光纤布拉格光栅通过粘接方式固定于第一固纤槽和第二固纤槽中。
[0009]按上述方案，第二传力杆底部为梯形凸台状，第二传力杆底面设置有螺纹孔，用于
连接封装壳体与第二传力杆通过螺钉与封装壳体固定。
[0010]按上述方案，出水阀门、进水阀门以及堵水阀门均通过螺纹连接方式固定于储水壳体。
[0011]按上述方案，通气阀门通过螺纹连接方式固定于封装壳体。
[0012]按上述方案，光纤布拉格光栅的初始中心波长为1530～1560nm，光栅区域长度为10～15mm，其反射光强度不低于入射光强度的95％。
[0013]按上述方案，第一传力杆、第二传力杆、第一固纤槽、第二固纤槽以及圆环的材质均为均质的第一种类合金通过一体化机械加工而得；膜片、储水壳体以及封装壳体为均质的第二种类合金制成。
[0014]按上述方案，第一种类合金为4J36因瓦合金钢，第二种类合金为316不锈钢。
[0015]按上述方案，圆环的结构尺寸满足以下关系，
[0016][0017]其中P
e
为光纤布拉格光栅的弹光系数，α
Λ
为光纤布拉格光栅的热膨胀系数，α
n
为光纤布拉格光栅的热光系数，r为圆环的半径，c为第一传力杆和第二传力杆的长度，α1和α2分别为第一种类合金与第二种类合金的热膨胀系数。
[0018]本专利技术的有益效果是：传统的光纤布拉格光栅沉降传感器是采用浮筒式结构设计，必须敞开与大气连通，在实际应用中水分蒸发量较大，需要及时向连通管系统中补水，而本专利技术所设计的圆环与膜片式结构与大气的隔绝性较好，无需经常性补水，同时承受腔体内液体压力作用时，光纤布拉格光栅始终处于受拉状态，使得传感器具有高可靠性。
[0019]进一步地，该传感器仅使用了一段光纤布拉格光栅，同时利用了金属材料热膨胀系数的差异实现了传感器的温度自补偿，相较于传统的使用两顿光纤布拉格光栅进行测量和温度补偿的方案，降低了传感器的制造成本。
附图说明
[0020]图1是本专利技术一实施例的具有高分辨力的光纤布拉格光栅沉降传感器的剖视图。
[0021]图2为图1的局部放大图；
[0022]图3为本专利技术一实施例的圆环剖视受力及尺寸示意图；
[0023]图4本专利技术一实施例的具有高分辨力的光纤布拉格光栅沉降传感器的有效分辨力评价流程图；
[0024]图5为本专利技术一实施例的具有高分辨力的光纤布拉格光栅沉降传感器的沉降监测应用示意图。
[0025]图中：101
‑
光纤布拉格光栅，102
‑
圆环，103
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第一传力杆，104
‑
第二传力杆，105
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第一固纤槽，106
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第二固纤槽，107
‑
光纤护套，108
‑
膜片，109
‑
储水壳体，110
‑
封装壳体，111
‑
出水阀门，112
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进水阀门，113
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堵水阀门，114
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通气阀门115
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螺丝，2
‑
水位压力，3
‑
储液罐，4
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基准点的光纤布拉格光栅沉降传感器，5
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位于监测点沉降前的光纤布拉格光栅沉降传感器，6
‑
位于监测点沉降后的光纤布拉格光栅沉降传感器，7
‑
信号传输多芯光缆，8
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连通水管，9
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终端信号采集分析表。
具体实施方式
[0026]为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0027]参见图1、图2，一种具有高分辨力的光纤布拉格光栅沉降传感器，包括储水壳体109与封装壳体110，储水壳体109与封装壳体110之间相隔设置有膜片108；储水壳体109顶部设置有出水阀门111，储水壳体109两侧设置有进水阀门112与堵水阀门113；封装壳体110中设置有一圆环102，圆环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高分辨力的光纤布拉格光栅沉降传感器，其特征在于：包括储水壳体与封装壳体，储水壳体与封装壳体之间相隔设置有膜片；储水壳体顶部设置有出水阀门，储水壳体两侧设置有进水阀门与堵水阀门；封装壳体中设置有一圆环，圆环顶部设置有与膜片连接的第一传力杆，圆环底部设置有通过可拆卸方式与封装壳体内侧底面固定的第二传力杆，圆环两侧设置有第一固纤槽与第二固纤槽，第一固纤槽与第二固纤槽中设置有光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅的延伸出封装壳体的部分套设有光纤护套；封装壳体底部设置有通气阀门。2.根据权利要求1所述的具有高分辨力的光纤布拉格光栅沉降传感器，其特征在于：第一传力杆和第二传力杆相对于圆环的圆心竖直对称分布，第一固纤槽与第二固纤槽相对于圆环的圆心水平对称分布。3.根据权利要求1所述的具有高分辨力的光纤布拉格光栅沉降传感器，其特征在于：光纤布拉格光栅通过粘接方式固定于第一固纤槽和第二固纤槽中。4.根据权利要求1所述的具有高分辨力的光纤布拉格光栅沉降传感器，其特征在于：第二传力杆底部为梯形凸台状，第二传力杆底面设置有螺纹孔，用于连接封装壳体与第二传力杆通过螺钉与封装壳体固定。5.根据权利要求1所述的具有高分辨力的光纤布拉格光栅沉降传感器，其特征在于：出水阀门、进水阀门以及堵水阀门均通过螺纹连接方式固定于...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳丽娜，杨燕，余宙，南秋明，刘芳，杨建宇，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：