本實(shí)用新型是一種新型雙光纖光柵土壓力的傳感器，主要應(yīng)用埋入式的土壓力監(jiān)測(cè)和工程監(jiān)測(cè)，可廣泛應(yīng)用于巖土、壩體、邊坡和路基內(nèi)部土體的土壓力測(cè)試和監(jiān)測(cè)等。

背景技術(shù)：

目前，用于巖土、混凝土等壓力監(jiān)測(cè)用傳感器按其工作原理分類，主要包括電阻應(yīng)變式、振弦式和光纖光柵式等。電阻應(yīng)變式土壓力傳感器是依靠電阻應(yīng)變片在土壓力的作用下而產(chǎn)生機(jī)械形變，其電阻值發(fā)生變化這一電阻應(yīng)變效應(yīng)而制作的，對(duì)于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)土壓力都能夠進(jìn)行測(cè)量，它的缺點(diǎn)是對(duì)溫度比較敏感、長(zhǎng)期穩(wěn)定性差、輸出信號(hào)較弱和對(duì)于大應(yīng)變有較大的非線性等。振弦式土壓力傳感器它是利用鋼弦在不同張力作用下，具有不同的固定頻率這一原理實(shí)現(xiàn)力的檢測(cè)，采用頻率作為傳輸信號(hào)，一般情況下該類傳感器體積較大，且存在精度低、響應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)。

本實(shí)用新型土壓力傳感器是采用光纖光柵作為敏感元件。光纖光柵是一種性能優(yōu)良的應(yīng)變傳感元件。無(wú)論是在技術(shù)成熟度上，還是在成本上均已取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。光纖光柵本身具有靈敏度高、體積小、耐腐蝕、抗電磁輻射、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、光路可彎曲、便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，適用于長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，而且多個(gè)光纖光柵組成的傳感系統(tǒng)，多路傳輸，便于與計(jì)算機(jī)連接，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型專利發(fā)明了一種基于雙光纖光柵的土壓力傳感器，充分利用了平行四邊形的易變型性，具有光纖光柵傳感器靈敏度高、耐腐蝕、抗電磁輻射、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型的具體方案如下：一種雙光纖光柵土壓力傳感器，包括傳感器殼體、密封底板、密封螺栓、感應(yīng)膜片、軸承連接桿、平行四邊形感應(yīng)計(jì)、感應(yīng)光纖光柵、溫度補(bǔ)償光纖光柵以及必要的組件和外接部分。

其中，最重要的部分為平行四邊形感應(yīng)計(jì)，它的四條邊每條邊兩端為高靈敏軸承端，上平行邊形狀不同于其他三邊，與感應(yīng)膜片固定，每?jī)蓷l邊之間通過(guò)軸承連桿連接在一起，連接處軸承連桿凸出軸承兩側(cè)一部分，用于固定張拉光纖光柵。

上述的平行四邊形感應(yīng)計(jì)中，兩根光纖光柵張拉在平行四邊形感應(yīng)計(jì)兩個(gè)對(duì)角線上，感應(yīng)光纖光柵位于長(zhǎng)對(duì)角線，溫度補(bǔ)償光纖光柵位于短對(duì)角，每根光纖光柵均與對(duì)角線上位于同一側(cè)的軸承連桿凸起部分連接平行四邊形感應(yīng)計(jì)的上水平邊連接在一起，下水平邊與密封底板連接。

本實(shí)用新型為雙光纖光柵，一根為感應(yīng)光纖光柵，另一根為溫度補(bǔ)償光纖光柵，可補(bǔ)償由于溫度造成的誤差。

本實(shí)用新型的雙光纖光柵均是經(jīng)預(yù)張拉的，可提高測(cè)量的精確度。

本實(shí)用新型專利殼體為圓柱形。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖1：本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

附圖2：本實(shí)用新型的平行四邊形感應(yīng)計(jì)的連接方式平面圖。

具體實(shí)施方式

參見附圖1，一種雙光纖光柵土壓力傳感器，包括傳感器殼體11、密封底板10、感應(yīng)膜片6、軸承連桿12、平行四邊形感應(yīng)計(jì)、感應(yīng)光纖光柵7、溫度補(bǔ)償光纖光柵8以及必要的組件和外接部分9。

參見附圖2，平行四邊形感應(yīng)計(jì)的連接方式平面圖（圖中只表示連接關(guān)系）。具體實(shí)施方式如圖，軸承連接桿12上下分別連接軸承13，與之對(duì)應(yīng)的平行四邊形的邊5就可構(gòu)成感應(yīng)計(jì)。

當(dāng)感應(yīng)膜片收到來(lái)自于土體的壓力時(shí)，產(chǎn)生應(yīng)ε，其表達(dá)式為：

其中，E 為膜片的楊氏模量，S 為膜片的橫截面積。

由于感應(yīng)膜片與平行四邊形上水平桿固定在一起，而平行四邊形感應(yīng)計(jì)具有靈敏的感應(yīng)能力，將在ε作用在產(chǎn)生形變，引起對(duì)角線長(zhǎng)度的改變，即對(duì)光纖光柵施加應(yīng)力。兩根光纖光柵均經(jīng)預(yù)張拉，對(duì)于位于長(zhǎng)對(duì)角線上的感應(yīng)光纖光柵，變形使得光纖光柵進(jìn)一步拉伸，引起光纖光柵內(nèi)部信號(hào)的改變，即光的波長(zhǎng)的改變，將信號(hào)輸出波長(zhǎng) ，溫度引起的改變的應(yīng)變波長(zhǎng)為 ，建立函數(shù)：

(1)

由于光纖光柵的應(yīng)變受到溫度的影響較大，因此必須消除溫度對(duì)結(jié)果的影響。對(duì)于位于短對(duì)角線上的溫度補(bǔ)償光纖光柵，平行四邊形感應(yīng)計(jì)的形變使得應(yīng)變減小，引起光纖光柵信號(hào)輸出波長(zhǎng) ，建立函數(shù)：

(2)

根據(jù)（1）和（2）可消除 ，從而到達(dá)消除溫度誤差的目的。

本實(shí)用新型專利殼體為圓柱形，通過(guò)螺栓9、外殼11和底板6使各部分相連成一個(gè)整體。