專利名稱：光纖光柵土壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是ー種土壓カ測量的光纖光柵傳感器，屬于光纖光柵傳感領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的土壓カ測量的傳感器主要有電阻應(yīng)變式、振弦式等。電阻應(yīng)變式土壓カ測量傳感器是應(yīng)用電阻應(yīng)變片在土壓カ的作用下發(fā)生形變而導(dǎo)致電阻值變化這一原理制作的；振弦式土壓傳感器是利用鋼弦在不同的張力作用下具有不同的固定頻率這一原理實(shí)現(xiàn)力的測量。土壓カ傳感器一般工作在潮濕和酸堿鹽等腐蝕性環(huán)境中，這些電式傳感器耐腐蝕能力差，壽命短，不能長期可靠工作。其次，電式傳感器無法串接使用，在傳感器的數(shù)量具有一定規(guī)模吋，需要鋪設(shè)大量的信號傳輸電纜，同時(shí)也需要相應(yīng)規(guī)模的信號接收和處理設(shè)備，増加了使用成本。此外，由于電式傳感器的信號不能進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，在監(jiān)測現(xiàn)場需要 建設(shè)一定規(guī)模的信號傳輸設(shè)備和監(jiān)測室，增加額外的成本。光纖光柵傳感是近些年來發(fā)展起來的新型傳感技術(shù)，具有耐腐蝕、可串接復(fù)用和信號傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢，受到各工程應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。王俊杰等人設(shè)計(jì)了差動(dòng)式光纖光柵土壓力傳感器(參看文獻(xiàn)“差動(dòng)式光纖Bragg光柵土壓計(jì)及其溫度特性的研究”，來自《光電子·激光》，2007年4月，第18卷第4期)，他們將平面圓形薄板和懸臂梁組成ー復(fù)合結(jié)構(gòu)，兩光纖光柵對稱貼于懸臂梁的上下表面實(shí)現(xiàn)差動(dòng)式測量，并實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。但是，該傳感器在復(fù)雜的土壤環(huán)境中由于受カ的不均勻性將導(dǎo)致測量結(jié)果誤差較大。專利號為200620021085. 2的中國專利“光纖光柵封裝土壓カ傳感器”將兩根光纖串接，一光纖光柵粘貼在圓形承壓板的背面，另ー相同的光纖光柵粘貼在金屬條上起溫度補(bǔ)償?shù)淖饔茫饘贄l和圓形承壓板固接在一起，土壓力作用到圓形承壓板上產(chǎn)生變形從而使粘貼其上的光纖光柵發(fā)生形變來測量土壓力。該傳感器結(jié)構(gòu)簡単，但是，同樣存在壓カ分布對測量結(jié)果影響的問題。專利號為200720021750. 2的中國專利“巖土用光纖光柵壓カ傳感器”是將光纖光柵粘貼在呈倒L形的等強(qiáng)度梁上，土壓カ通過缸體上蓋作用到等強(qiáng)度梁上，從而使粘貼其上的光纖光柵發(fā)生變形，光纖光柵又通過光纖與自由不受カ狀態(tài)的光纖光柵溫度傳感器串接消除溫度的影響。該傳感器的測量結(jié)果也存在受カ分布的影響問題。專利號為20082022264L I的中國專利“光纖光柵土壓カ傳感器”，測カ光纖光柵用一對對稱的固夾板固定，溫度補(bǔ)償光纖光柵用一對對稱的緩沖夾板固定，測カ光纖光柵和溫度補(bǔ)償光纖光柵串接一起，承壓盤固定柱上有固夾板和緩沖夾板，土壓力作用于承壓盤上引起測カ光纖光柵的變形來測量壓力。但是內(nèi)部結(jié)構(gòu)有點(diǎn)復(fù)雜，測量靈敏度低。專利號為201010570760. 8的中國專利“一種光纖光柵土壓カ傳感器”，其壓カ傳遞部件采用鋼制菱形結(jié)構(gòu)，位于承壓式頂蓋與底板之間并與承壓式頂蓋和底板保持接觸，光纖光柵粘貼在金屬弾性薄片上，金屬薄片的兩側(cè)固定在菱形結(jié)構(gòu)的左右角上，土壓力作用到承壓式頂蓋上，通過菱形結(jié)構(gòu)壓力傳遞部件引起金屬薄片上光柵的橫向變形，以此來測量土壓力。該傳感器不僅存在受カ分布的影響，也沒有考慮溫度補(bǔ)償問題。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，設(shè)計(jì)ー種不受壓カ分布影響，同時(shí)具有溫度補(bǔ)償功能的光纖光柵土壓カ傳感器。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種光纖光柵土壓カ傳感器，它主要由殼體、壓カ傳遞部件、簡支梁以及粘貼在簡支梁ニ端附近上下表面的第一光纖光柵和第二光纖光柵組成；所述的簡支梁安裝于殼體內(nèi)；壓力傳遞部件為圓柱體，固定于簡支梁上部中間位置，且它的下表面與簡支梁的上表面接觸，上部高出上蓋；第一光纖光柵和第二光纖光柵順簡支梁長度方向粘貼，它們串接在一起，尾纖經(jīng)安裝于殼體一端的出纖保護(hù)頭引出；殼體上部有可裝卸的上
至JHL ο其中，所述的壓カ傳遞部件為中部有平圓柱凸臺且下周沿有凸出壓臺的圓柱體，壓カ傳遞部件固定于簡支梁上部中間位置，且它的平圓柱凸臺面與簡支梁的上表面接觸。 所述的壓力傳遞部件通過螺絲固定于簡支梁上部中間位置。所述的上蓋與殼體通過螺紋固定。本光纖光柵土壓カ傳感器的壓カ傳遞部件將受到的壓力作用到簡支梁中間位置，簡支梁受到壓力作用，發(fā)生彎曲變形，粘貼在簡支梁下表面的光纖光柵受到拉伸，而粘貼在簡支梁上表面的光纖光柵受到壓縮，兩個(gè)光纖光柵的波長分別向大小兩個(gè)方向變化，用兩個(gè)光柵的波長差來表征傳感器測量的壓カ的大小。本實(shí)用新型有如下突出優(yōu)點(diǎn)I、這種結(jié)構(gòu)的傳感器以簡支梁為受カ弾性體，以圓柱形壓カ傳遞部件將外部壓カ作用于簡支梁，傳感器測量結(jié)果不受壓カ分布影響；2、采用粘貼在簡支梁兩端上下表面的兩個(gè)光纖光柵的波長變化差做為測量信號，不僅提高了傳感器的測量靈敏度，而且實(shí)現(xiàn)了溫度的補(bǔ)償。

附圖I是本實(shí)用新型實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、殼體；2、簡支梁；3、螺釘；4、上蓋；5、壓カ傳遞部件；6、第一光纖光柵；7、
第二光纖光柵；8、出纖保護(hù)頭。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖I對傳感器的結(jié)構(gòu)做進(jìn)ー步的描述。本光纖光柵土壓カ傳感器包括殼體I、簡支梁2、螺釘3、上蓋4、壓カ傳遞部件5、第一光纖光柵6、第二光纖光柵7、出纖保護(hù)頭8。殼體I類似盒子,第一光纖光柵6與第二光纖光柵7粘貼在簡支梁2靠近兩端的上下表面，壓カ傳遞部件5為中部有平圓柱凸臺且下周沿有凸出壓臺的圓柱體，通過螺釘3固定于簡支梁2上部中間位置，且它的平圓柱凸臺面與簡支梁的上表面接觸。簡支梁2和受力傳遞部件5通過螺釘3固定一起，之后放入殼體I內(nèi)，兩個(gè)光纖光柵6、7串接后的尾纖經(jīng)出纖保護(hù)頭8引出，上蓋4與殼體I通過螺紋固定。
權(quán)利要求1.一種光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，它主要由殼體(I)、壓力傳遞部件(5)、簡支梁(2)以及粘貼在簡支梁二端附近上下表面的第一光纖光柵(6)和第二光纖光柵(7)組成；所述的簡支梁安裝于殼體內(nèi)；壓力傳遞部件(5)為圓柱體，固定于簡支梁(2)上部中間位置，且它的下表面與簡支梁(2的上表面接觸，上部高出上蓋(4);第一光纖光柵(6)和第二光纖光柵(7 )順簡支梁長度方向粘貼，它們串接在一起，尾纖經(jīng)安裝于殼體一端的出纖保護(hù)頭(8)引出；殼體(I)上部有可裝卸的上蓋(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于壓力傳遞部件(5)為中部有平圓柱凸臺且下周沿有凸出壓臺的圓柱體，壓力傳遞部件(5)固定于簡支梁(2)上部中間位置，且它的平圓柱凸臺面與簡支梁(2)的上表面接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于所述的壓力傳遞部件通過螺絲固定于簡支梁上部中間位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于所述的上蓋與殼體通過螺紋固定。
專利摘要一種光纖光柵土壓力傳感器，主要由殼體、壓力傳遞部件、簡支梁以及粘貼在簡支梁二端附近上下表面的第一光纖光柵和第二光纖光柵組成；其簡支梁安裝于殼體內(nèi)，壓力傳遞部件為圓柱體，固定于簡支梁上部中間位置，且它的下表面與簡支梁的上表面接觸，上部高出上蓋；第一光纖光柵和第二光纖光柵順簡支梁長度方向粘貼，并串接在一起后尾纖經(jīng)安裝于殼體一端的出纖保護(hù)頭引出，殼體上部有可裝卸的上蓋。本傳感器以簡支梁為受力彈性體，通過圓柱形壓力傳遞部件將外界壓力作用于簡支梁上，粘貼在簡支梁兩端上下表面的兩個(gè)光纖光柵的波長變化差做為測量信號，提高了靈敏度，實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償。該傳感器所測壓力不受外界壓力分布的影響，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。
文檔編號G01L1/24GK202614433SQ20122019105
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者張東生, 徐駿, 郭永興, 李楚根, 孟匯, 劉慧 申請人:武漢理工大學(xué), 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司