專利名稱：一種光纖光柵滲壓計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光纖光柵滲壓計，屬于光纖光柵傳感領域。
背景技術：
眾所周知，大壩、隧道和煤礦的安全監(jiān)測中最難的課題之一就是可靠地確定滲漏區(qū)的位 置，只有快速準確的探明滲流(漏)所在位置以及流量，才能采取有效的防范和修復措施，所 以滲流定位和滲流量定量化監(jiān)測意義重大。
上世紀80年代以來，國內外投入了大量的人力物力，開展?jié)B漏定位的監(jiān)(檢)測技術的研 究?；驹硎菣z測隱患與周圍巖土、混凝土等介質是否存在明顯的物性(即電性、彈性、溫 度等)差異，或由此而引起的各種響應，克服背景干擾，把隱患的物理異常檢測出來。目前， 較精確的滲流監(jiān)測手段主要有2種方法:監(jiān)測滲透壓力或監(jiān)測滲流(M)量。滲流量的監(jiān)測一般通
過量測排水井、孔口處溢出的水量等手段進行，通常是較大范圍內的滲流總量，用它作滲流 區(qū)定位，效果不佳。滲透壓力的監(jiān)測則主要使用測壓管及滲壓計觀測滲透壓力，由于傳感器 的精度較高，因此監(jiān)測較為準確可靠。
目前，大多采用電類滲壓計，工程實踐表明，此類滲壓計體積大，精度不高、分辨率較 低、對電參數(shù)要求十分苛刻、長期穩(wěn)定性差，并且易受電磁干擾，嚴重限制了它們的廣泛應 用。
光纖光柵是一種性能優(yōu)良的溫度和應力傳感器件，自從人們把光纖光柵用于傳感，光纖 光柵傳感器以其獨特的優(yōu)勢對傳統(tǒng)的電傳感器等提出了全新的挑戰(zhàn)。它與傳統(tǒng)的電傳感器等 相比尤其獨特的優(yōu)點l.傳感頭結構簡單、體積小、重量輕，適合附著在被測結構表面也可以 埋入大型結構中，測量結構內部的應力、應變及結構損傷等，穩(wěn)定性高，重復性好；2.與光 纖之間存在天然的兼容性，易與光纖連接、低損耗、光譜特性好、可靠性高；3.具有非傳導 性，對被測介質影響小，又具有抗腐蝕、抗電磁干擾的特點，適合在煤氣附近、電站、核設 施、礦井下、油田以及油罐周圍等惡劣、高危險環(huán)境中工作；4.光纖輕巧柔軟，可以在一根 光纖中寫入多個光柵，構成傳感陣列，與波分復用和時分復用等復用技術相結合，實現(xiàn)多點、 分布式傳感；5.測量信息是波長編碼的，所以光纖光柵傳感器不受光源的光強波動、光纖損 耗等因素的影響，有較強的抗干擾能力；6.高靈敏度、高分辯力。
很多研究機構開始了光纖滲壓傳感器的研究，吳永紅等設計了雙光纖型反射式水工滲壓 傳感器，測量精度高，但設計原理和制作工藝都非常復雜；佟成果等發(fā)明了雙膜盒反射式壓力傳感器，結構簡單，但量程?。幌脑训仍O計了基于聚氨酯彈性材料的光纖光柵滲壓傳感
器，并應用在公路軟基等土木工程中，但是彈性材料的重復性能差。

發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有技術，本發(fā)明提供了一種測量精度高、體積小、具有良好防水性能的光纖 光柵滲壓計，其可抗電磁干擾，并且可以長期監(jiān)測。 本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的
一種光纖光柵滲壓計，其特征在于包括外殼、壓力桿、光柵、傳輸光纖，其中，外殼 上設有進壓口和光纖引線孔，進壓口處設有過濾網(wǎng)，可以有效阻止泥沙進入滲壓計內；外殼 由左、中、右三部分組成，左、右兩部分與中間部分通過螺紋連接，中間部分兩側設有膜片， 膜片可以直接感受進壓口處的壓力；壓力桿兩端均與膜片連接，光柵埋設在壓力桿中，傳輸 光纖由光纖引線孔引出。
所述膜片焊接在外殼上。
所述光柵為Bragg光柵。
所述壓力桿通過高強度膠粘劑粘結在膜片的中心。
所述光柵沿壓力桿的軸線分布，通過檢測壓力桿的伸縮變形來檢測滲壓值。 所述壓力桿是由勻質彈性材料制成的，具有較強的彈性，且材質均勻，受力均勻。 使用孔隙水通過進壓口進入滲壓計，作用在膜片上，使膜片發(fā)生撓度變形，同時轉化
成集中力作用在壓力桿上，壓力桿受到外力發(fā)生伸縮，使光柵在壓力作用下中心波長發(fā)生變
化。此時用光纖光柵解調儀檢測光柵的中心波長，并由軟件采集存儲數(shù)據(jù)，即可實現(xiàn)滲壓的
檢測(光纖光柵解調儀為現(xiàn)有技術中常用的設備，在此不再詳述)。
本發(fā)明基于全光信號設計，沒有電子器件，因此具有良好的防水性能，不存在電火花隱
患，并且抗電磁干擾。本發(fā)明采用了雙膜片，并且采用了高韌性的壓力桿，提高了測量精度
和測量的可靠性。本發(fā)明具有測量精度高、體積小、抗電磁干擾、防水性能好、可長期監(jiān)測
等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖2為本發(fā)明的中心波長隨壓力的變化關系曲線圖； 圖3為本發(fā)明的中心波長隨溫度的變化關系曲線圖。
其中，1、外殼；2、膜片；3、壓力桿；4、光柵；5、進壓口； 6、光纖引線孔；7、過濾 網(wǎng)；8、傳輸光纖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明-
一種光纖光柵滲壓計，如圖1所示，包括外殼l、壓力桿3、光柵4、傳輸光纖8，其中， 外殼1上設有進壓口 5和光纖引線孔6，進壓口 5處設有過濾網(wǎng)7，可以有效阻止泥沙進入滲 壓計內；外殼l由左、中、右三部分組成，左、右兩部分與中間部分通過螺紋連接，中間部 分兩側焊接有膜片2，膜片2可以直接感受進壓口 5處的壓力；壓力桿3兩端通過高強度膠 粘劑粘結在膜片2的中心，光柵4埋設在壓力桿3中，光柵4沿壓力桿3的軸線分布，通過 檢測壓力桿3的伸縮變形來檢測滲壓值;傳輸光纖8由光纖引線孔6引出。所述光柵4為Bragg 光柵。所述壓力桿3是由勻質彈性材料制成的，具有較強的彈性，且材質均勻，受力均勻。
本發(fā)明的制作過程為首先，將光柵4埋設在壓力導桿3中，要保持二者的軸線一致； 第二步，將壓力導桿3的兩端分別粘結在兩個膜片2上；第三步，將膜片2焊接在外殼1上， 并將傳輸光纖由光纖引線孔6引出；最后，將滲壓計組裝完成，并在進壓口5處貼上金屬濾 網(wǎng)。
使用孔隙水通過進壓口 5進入滲壓計，作用在膜片2上，使膜片2發(fā)生撓度變形，其 中心產(chǎn)生垂直膜片2方向的位移，轉化成集中力作用在壓力桿3上，壓力桿3受到外力發(fā)生 伸縮，使光柵4在壓力作用下中心波長發(fā)生變化。此時用光纖光柵解調儀檢測光柵的中心波 長，并由軟件采集存儲數(shù)據(jù)，即可實現(xiàn)滲壓的檢測。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，首先在恒溫條件下對滲壓計進行標定，光柵4的中心波長隨壓 力的變化關系，如圖2所示，中心波長變化量(nm)和壓力(KPa)的線性關系分別為
y-0.0363;c-0.1869和，線性度/ 2分別為0. 9945，這說明本發(fā)明是一個線性度非常好的實驗
模型，并且具有一般性。
為了對壓力參數(shù)進行有效的溫度補償，對滲壓計進行了溫度標定，本發(fā)明的滲壓計的中 心波長隨溫度的變化關系如圖3所示，中心波長變化量(nm)和溫度(°C)的線性關系分別
為y = 0.01 13jc - 0.0201 ，線性度及2分別為0. 9973。
在現(xiàn)場檢測中，首先在本滲壓計處放一溫度傳感器，測量待測點溫度的變化情況，再根 據(jù)本發(fā)明的中心波長隨溫度的變化關系消除溫度的影響，最后即可根據(jù)本發(fā)明的中心波長隨 壓力的變化關系測得待測點的壓力變化情況。
通過以上測量方法，可以使光纖光柵滲壓計的檢測精度達到0.1XF。S，有效提高了檢測
的質量和效率。
權利要求
1.一種光纖光柵滲壓計，其特征在于包括外殼(1)、壓力桿(3)、光柵(4)、傳輸光纖(8)，其中，外殼(1)上設有進壓口(5)和光纖引線孔(6)，進壓口(5)處設有過濾網(wǎng)(7)；外殼(1)由左、中、右三部分組成，左、右兩部分與中間部分通過螺紋連接，中間部分兩側設有膜片(2)，膜片可以直接感受進壓口(5)處的壓力；壓力桿(3)兩端均與膜片(2)連接，光柵(4)埋設在壓力桿(3)中，傳輸光纖(8)由光纖引線孔(6)引出。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光柵滲壓計，其特征在于所述膜片(2)焊接在外殼(1) 上。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光柵滲壓計，其特征在于所述光柵(4)為Bragg光柵。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光柵滲壓計，其特征在于所述壓力桿(3)通過高強度 膠粘劑粘結在膜片(2)的中心。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光柵滲壓計，其特征在于所述光柵(4)沿壓力桿(3) 的軸線分布，通過檢測壓力桿(3)的伸縮變形來檢測滲壓值。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光柵滲壓計，其特征在于所述壓力桿(3)是由勻質彈 性材料制成的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖光柵滲壓計，包括外殼、壓力桿、光柵、傳輸光纖，其中，外殼上設有進壓口和光纖引線孔，進壓口處設有過濾網(wǎng)；外殼上設有膜片，膜片可以直接感受進壓口處的壓力；壓力桿兩端均與膜片連接，光柵埋設在壓力桿中，傳輸光纖由光纖引線孔引出。使用孔隙水通過進壓口進入滲壓計，作用在膜片上，使膜片發(fā)生撓度變形，同時轉化成集中力作用在壓力桿上，壓力桿受到外力發(fā)生伸縮，使光柵在壓力作用下中心波長發(fā)生變化。此時用光纖光柵解調儀檢測光柵的中心波長，并由軟件采集存儲數(shù)據(jù)，即可實現(xiàn)滲壓的檢測。本發(fā)明具有測量精度高、體積小、抗電磁干擾、防水性能好、可長期監(jiān)測等優(yōu)點。
文檔編號G01L7/02GK101625273SQ200910017559
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月5日 優(yōu)先權日2009年8月5日
發(fā)明者馮現(xiàn)大, 李利平, 李術才, 李樹忱, 靜 王, 隋青美 申請人:山東大學