本發(fā)明屬于地應(yīng)力測量領(lǐng)域，具體地涉及一種用于深部軟巖應(yīng)力測量的光纖光柵式六向壓力傳感器。

背景技術(shù)：

獲取準(zhǔn)確的地應(yīng)力測量數(shù)據(jù)是確定工程巖體力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性分析以及實(shí)現(xiàn)巖土工程開挖設(shè)計(jì)和決策科學(xué)化的重要前提。目前常用的地應(yīng)力測量方法，如水壓致裂法和應(yīng)力解除法一般適用于完整硬巖，碰到深部破碎軟弱的巖體，其測試成功率非常低。

流變應(yīng)力恢復(fù)法是專門針對深部破碎軟弱圍巖而提出的一種地應(yīng)力測量新方法，該方法利用深部破碎軟弱圍巖的強(qiáng)流變力學(xué)行為，采用在被測地點(diǎn)埋設(shè)多向壓力傳感器的方法來獲取圍巖的初始應(yīng)力和擾動應(yīng)力。根據(jù)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論，一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)包含六個獨(dú)立的應(yīng)力分量，即需要獲取六個獨(dú)立方向的正應(yīng)力才能計(jì)算確定一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，因此需要發(fā)明一種可以同時測量六個方向正應(yīng)力的壓力傳感器才能保證流變應(yīng)力恢復(fù)法地應(yīng)力測量技術(shù)的成功實(shí)施。目前巖土工程中常見的壓力傳感器大多用于土壓力測量，其測量量程較小，而且為單向壓力測量，難以滿足流變應(yīng)力恢復(fù)法地應(yīng)力測試的多方向及大量程要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于公開一種用于深部軟巖應(yīng)力測量的光纖光柵式六向壓力傳感器，可以實(shí)現(xiàn)深部軟巖原巖應(yīng)力和擾動應(yīng)力分布的長期監(jiān)測。具有量程大、靈敏度高、長期穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，而且在實(shí)際的制造過程中能夠保證光纖走線簡單、牢固、不易折斷。

一種用于深部軟巖應(yīng)力測量的光纖光柵式六向壓力傳感器，包括實(shí)心球體，實(shí)心球體上半部設(shè)置有三個壓力傳感單元安裝槽，實(shí)心球體下半部設(shè)置有三個壓力傳感單元安裝槽，實(shí)心球體下半部還設(shè)置有圓柱形光纖槽，壓力傳感單元安裝槽內(nèi)設(shè)置有光纖光柵壓力傳感單元，與光纖光柵壓力傳感單元連接的光纖沿開設(shè)在實(shí)心球體外表面上的光纖走線槽匯聚于圓柱形光纖槽中，實(shí)心球體外罩設(shè)有球形外殼，球形外殼上與圓柱形光纖槽位置對應(yīng)的部分開設(shè)有圓柱形出線孔，球形外殼上與壓力傳感單元安裝槽位置對應(yīng)的部分開設(shè)有圓柱形安裝孔。

如上所述的光纖光柵壓力傳感單元包括壓頭、密封環(huán)、拱形梁式光纖光柵應(yīng)變計(jì)、底座墊圈、第一圓墊片和第二圓墊片，第二圓墊片設(shè)置在壓力傳感單元安裝槽槽底，第二圓墊片上設(shè)置有底座墊圈，底座墊圈底部內(nèi)壁設(shè)置有底座墊圈卡環(huán)，第一圓墊片卡設(shè)在底座墊圈卡環(huán)內(nèi)且放置在第二圓墊片上，拱形梁式光纖光柵應(yīng)變計(jì)包括拱形梁中心拱和設(shè)置在拱形梁中心拱兩端的拱形梁伸長端，實(shí)心球體外表面上位于壓力傳感單元安裝槽兩側(cè)的部分均開設(shè)有伸長端安裝槽，伸長端安裝槽與光纖走線槽連通，拱形梁中心拱位于底座墊圈內(nèi)，拱形梁中心拱兩端的拱形梁伸長端分別嵌設(shè)在壓力傳感單元安裝槽兩側(cè)的伸長端安裝槽中，且拱形梁中心拱兩端的拱形梁伸長端卡設(shè)在底座墊圈上的底座墊圈卡槽中，密封環(huán)的外環(huán)面和底座墊圈頂部的內(nèi)環(huán)面通過螺紋連接，壓頭一端貫穿密封環(huán)與拱形梁中心拱相抵，壓頭另一端伸出圓柱形安裝孔，壓頭伸出圓柱形安裝孔的一端的端面為傳感面，壓頭與拱形梁中心拱相抵的一端設(shè)置有限位擋環(huán)，開設(shè)在拱形梁中心拱上的光纖安裝刻槽和開設(shè)在拱形梁伸長端上的光纖安裝刻槽連通，光纖光柵的中部設(shè)置在拱形梁中心拱的光纖安裝刻槽中，光纖光柵兩端固定在拱形梁伸長端上的光纖安裝刻槽內(nèi)，與光纖光柵兩端連接的光纖通過光纖走線槽匯聚于圓柱形光纖槽中。

如上所述的球形外殼由第一半球形外殼和第二半球形外殼扣合而成。

如上所述的實(shí)心球體上半部設(shè)置的三個光纖光柵壓力傳感單元的壓頭的傳感面的法線與水平面的夾角均為45度，且實(shí)心球體上半部設(shè)置的三個光纖光柵壓力傳感單元的壓頭的傳感面的法線在水平面上的投影直線之間的相鄰?qiáng)A角為60度；所述的實(shí)心球體下半部設(shè)置的三個光纖光柵壓力傳感單元的壓頭的傳感面的法線與水平面的夾角均為60度，且實(shí)心球體下半部設(shè)置的三個光纖光柵壓力傳感單元的壓頭的傳感面的法線在水平面上的投影直線之間的相鄰?qiáng)A角為60度。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明包含六個獨(dú)立方向的壓力傳感器面，可以確定被測試地點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)壓力傳感器由單向壓力測量向完全應(yīng)力狀態(tài)測量的轉(zhuǎn)變，使得巖體應(yīng)力測量更加全面、準(zhǔn)確。

2、采用光纖光柵壓力傳感單元，大大縮小了壓力傳感單元安裝所需的內(nèi)部空間，進(jìn)而保證拱形梁式光纖光柵應(yīng)變計(jì)的外徑不超過80mm，滿足了深部巷道圍巖內(nèi)鉆孔埋設(shè)壓力傳感器的小型化要求。

3、采用光纖傳感能夠?qū)y量信號進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，便于實(shí)現(xiàn)巖體應(yīng)力狀態(tài)的實(shí)時跟蹤監(jiān)測，配合多點(diǎn)分布和波分復(fù)用技術(shù)，可以使多個壓力傳感器在測量工作中并聯(lián)同1條光纖，大大提高了地應(yīng)力的測量效率。

4、壓力傳感數(shù)據(jù)采用光信號傳輸，滿足煤礦測量儀器的本質(zhì)安全要求。

5、不受電磁干擾，長期穩(wěn)定性好，量程大，精度高，密封性能好，耐壓，耐腐蝕。

附圖說明

圖1-1為球形外殼與實(shí)心球體配合的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1-2為球形外殼的組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2-1為實(shí)心球的仰視示意圖；

圖2-2為實(shí)心球的俯視示意圖；

圖3-1為光纖光柵壓力傳感單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3-2為光纖光柵壓力傳感單元的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4-1為拱形梁式光纖光柵應(yīng)變計(jì)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4-2為拱形梁式光纖光柵應(yīng)變計(jì)的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4-3為拱形梁式光纖光柵應(yīng)變計(jì)的正視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5-1為底座墊圈的俯視圖；

圖5-2為底座墊圈的側(cè)視圖；

圖6為壓頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為密封環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8-1為伸長端安裝槽的正視示意圖；

圖8-2為伸長端安裝槽的俯視示意圖。

圖9-1為本發(fā)明的正視示意圖；

圖9-2為本發(fā)明的后視示意圖；

圖10-1為本發(fā)明的仰視示意圖；

圖10-2為本發(fā)明的俯視示意圖；

圖中：1、球形外殼；1-1、第一半球形外殼；1-2、第二半球形外殼；1-1-0、圓柱形安裝孔；1-1-1、第一圓柱形安裝孔；1-1-2、第二圓柱形安裝孔；1-1-3、第三圓柱形安裝孔；1-2-1、第四圓柱形安裝孔；1-2-2、第五圓柱形安裝孔；1-2-3、第六圓柱形安裝孔；1-2-4、圓柱形出線孔；2、實(shí)心球體；2-1-1、第一光纖光柵壓力傳感單元；2-1-2、第二光纖光柵壓力傳感單元；2-1-3、第三光纖光柵壓力傳感單元；2-1-4、第四光纖光柵壓力傳感單元；2-1-5、第五光纖光柵壓力傳感單元；2-1-6、第六光纖光柵壓力傳感單元；2-1-7、圓柱形光纖槽；2-2-0、光纖走線槽；2-2-1、第一光纖走線槽；2-2-2、第二光纖走線槽；2-2-3、第三光纖走線槽；2-2-4、第四光纖走線槽；2-2-5、第五光纖走線槽；2-2-6、第六光纖走線槽；3-0、光纖光柵壓力傳感單元；3-1、壓頭；3-1-1、限位擋環(huán)；3-2、密封環(huán)；3-3、拱形梁式光纖光柵應(yīng)變計(jì)；3-4、光纖；3-5、底座墊圈；3-6、第一圓墊片；3-7、第二圓墊片；3-3-1、拱形梁伸長端；3-3-2、拱形梁中心拱；3-3-3、光纖安裝刻槽；3-5-1、底座墊圈卡槽；3-5-2、底座墊圈卡環(huán)；4-1、伸長端安裝槽；4-2、壓力傳感單元安裝槽；5-1-1、第一傳感面；5-1-2、第二傳感面；5-1-3、第三傳感面；5-1-4、第四傳感面；5-1-5、第五傳感面；5-1-6、第六傳感面；5-1-7、光纖出線孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例1：

一種用于深部軟巖應(yīng)力測量的光纖光柵式六向壓力傳感器，包括實(shí)心球體2，實(shí)心球體2上半部設(shè)置有三個壓力傳感單元安裝槽4-2，實(shí)心球體2下半部設(shè)置有三個壓力傳感單元安裝槽4-2，實(shí)心球體2下半部還設(shè)置有圓柱形光纖槽2-1-7，壓力傳感單元安裝槽4-2內(nèi)設(shè)置有光纖光柵壓力傳感單元3-0，與光纖光柵壓力傳感單元3-0連接的光纖3-4沿開設(shè)在實(shí)心球體2外表面上的光纖走線槽2-2-0匯聚于圓柱形光纖槽2-1-7中，實(shí)心球體2外罩設(shè)有球形外殼1，球形外殼1上與圓柱形光纖槽2-1-7位置對應(yīng)的部分開設(shè)有圓柱形出線孔1-2-4，球形外殼1上與壓力傳感單元安裝槽4-2位置對應(yīng)的部分開設(shè)有圓柱形安裝孔1-1-0。

光纖光柵壓力傳感單元3-0包括壓頭3-1、密封環(huán)3-2、拱形梁式光纖光柵應(yīng)變計(jì)3-3、底座墊圈3-5、第一圓墊片3-6和第二圓墊片3-7，第二圓墊片3-7設(shè)置在壓力傳感單元安裝槽4-2槽底，第二圓墊片3-7上設(shè)置有底座墊圈3-5，底座墊圈3-5底部內(nèi)壁設(shè)置有底座墊圈卡環(huán)3-5-2，第一圓墊片3-6卡設(shè)在底座墊圈卡環(huán)3-5-2內(nèi)且放置在第二圓墊片3-7上，拱形梁式光纖光柵應(yīng)變計(jì)3-3包括拱形梁中心拱3-3-2和設(shè)置在拱形梁中心拱3-3-2兩端的拱形梁伸長端3-3-1，實(shí)心球體2外表面上位于壓力傳感單元安裝槽4-2兩側(cè)的部分均開設(shè)有伸長端安裝槽4-1，伸長端安裝槽4-1與光纖走線槽2-2-0連通，拱形梁中心拱3-3-2位于底座墊圈3-5內(nèi)，拱形梁中心拱3-3-2兩端的拱形梁伸長端3-3-1分別嵌設(shè)在壓力傳感單元安裝槽4-2兩側(cè)的伸長端安裝槽4-1中，且拱形梁中心拱3-3-2兩端的拱形梁伸長端3-3-1卡設(shè)在底座墊圈3-5上的底座墊圈卡槽3-5-1中，密封環(huán)3-2的外環(huán)面和底座墊圈3-5頂部的內(nèi)環(huán)面通過螺紋連接，壓頭3-1一端貫穿密封環(huán)3-2與拱形梁中心拱3-3-2相抵，壓頭3-1另一端伸出圓柱形安裝孔1-1-0，壓頭3-1伸出圓柱形安裝孔1-1-0的一端的端面為傳感面，壓頭3-1與拱形梁中心拱3-3-2相抵的一端設(shè)置有限位擋環(huán)3-1-1，開設(shè)在拱形梁中心拱3-3-2上的光纖安裝刻槽3-3-3和開設(shè)在拱形梁伸長端3-3-1上的光纖安裝刻槽3-3-3連通，光纖光柵的中部設(shè)置在拱形梁中心拱3-3-2的光纖安裝刻槽3-3-3中，光纖光柵兩端固定在拱形梁伸長端3-3-1上的光纖安裝刻槽3-3-3內(nèi)，與光纖光柵兩端連接的光纖3-4通過光纖走線槽2-2-0匯聚于圓柱形光纖槽2-1-7中。

球形外殼1由第一半球形外殼1-1和第二半球形外殼1-2扣合而成。

其中，壓力傳感單元安裝槽4-2包括第一壓力傳感單元安裝槽、第二壓力傳感單元安裝槽、第三壓力傳感單元安裝槽、第四壓力傳感單元安裝槽、第五壓力傳感單元安裝槽和第六壓力傳感單元安裝槽。

圓柱形安裝孔1-1-0包括分別與第一壓力傳感單元安裝槽、第二壓力傳感單元安裝槽、第三壓力傳感單元安裝槽、第四壓力傳感單元安裝槽、第五壓力傳感單元安裝槽和第六壓力傳感單元安裝槽對應(yīng)的第一圓柱形安裝孔1-1-1、第二圓柱形安裝孔1-1-2、第三圓柱形安裝孔1-1-3、第四圓柱形安裝孔1-2-1、第五圓柱形安裝孔1-2-2和第六圓柱形安裝孔1-2-3。

光纖光柵壓力傳感單元3-0包括分別與第一壓力傳感單元安裝槽、第二壓力傳感單元安裝槽、第三壓力傳感單元安裝槽、第四壓力傳感單元安裝槽、第五壓力傳感單元安裝槽和第六壓力傳感單元安裝槽對應(yīng)的第一光纖光柵壓力傳感單元2-1-1、第二光纖光柵壓力傳感單元2-1-2、第三光纖光柵壓力傳感單元2-1-3、第四光纖光柵壓力傳感單元2-1-4、第五光纖光柵壓力傳感單元2-1-5和第六光纖光柵壓力傳感單元2-1-6。

當(dāng)光纖3-4從光纖光柵壓力傳感單元3-0中引出至伸長端安裝槽4-1中時，不需要伸長端安裝槽4-1深度過大，否則光纖3-4無法固定在伸長端安裝槽4-1的底部，從而導(dǎo)致光纖3-4的布線松動。在空間結(jié)構(gòu)上，壓力傳感單元安裝槽4-2兩側(cè)的伸長端安裝槽4-1以壓力傳感單元安裝槽4-2的中心軸線對稱軸分布，且兩側(cè)的伸長端安裝槽4-1的對稱軸經(jīng)過壓力傳感單元安裝槽4-2。每個伸長端安裝槽4-1均起到了在空間上把對應(yīng)的壓力傳感單元安裝槽4-2和兩側(cè)的光纖走線槽2-2-0連接起來的作用，從而使得與光纖光柵壓力傳感單元3-0連接的光纖3-4能夠順利以兩側(cè)的伸長端安裝槽4-1作為通道，引入對應(yīng)的光纖走線槽2-2-0中，并最終匯入圓柱形光纖槽2-1-7中。

光纖走線槽2-2-0包括與第一壓力傳感單元安裝槽、第二壓力傳感單元安裝槽、第三壓力傳感單元安裝槽、第四壓力傳感單元安裝槽、第五壓力傳感單元安裝槽和第六壓力傳感單元安裝槽分別對應(yīng)的第一光纖走線槽2-2-1、第二光纖走線槽2-2-2、第三光纖走線槽2-2-3、第四光纖走線槽2-2-4、第五光纖走線槽2-2-5、第六光纖走線槽2-2-6。

光纖走線槽2-2-0分布在實(shí)心球體2的表面，光纖走線槽2-2-0分為兩段，光纖走線槽2-2-0整體呈圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，光纖光柵壓力傳感單元3-0的光纖光柵一端連接的光纖3-4沿光纖走線槽2-2-0其中一段匯聚到圓柱形光纖槽2-1-7中，光纖光柵壓力傳感單元3-0的光纖光柵另一端連接的光纖3-4沿光纖走線槽2-2-0另一段匯聚到圓柱形光纖槽2-1-7中。因此，光纖走線槽2-2-0在空間上將光纖光柵壓力傳感單元3-0和圓柱形光纖槽2-1-7串在了一起。

壓頭3-1為類圓柱形結(jié)構(gòu)，壓頭3-1一端貫穿密封環(huán)3-2與拱形梁中心拱3-3-2相抵，壓頭3-1與拱形梁中心拱3-3-2相抵的一端設(shè)置有限位擋環(huán)3-1-1，從而使得壓頭3-1卡入密封環(huán)3-2中，壓頭3-1設(shè)置有限位擋環(huán)3-1-1的一端可以在密封環(huán)3-2和拱形梁中心拱3-3-2的限位作用下，沿指向?qū)嵭那蝮w2的球心的方向做往復(fù)運(yùn)動，不會從密封環(huán)3-2中掉落。壓頭(3-1)伸出圓柱形安裝孔(1-1-0)的一端的端面為傳感面，在本實(shí)施例中傳感面包括第一傳感面5-1-1、第二傳感面5-1-2、第三傳感面5-1-3、第四傳感面5-1-4、第五傳感面5-1-5和第六傳感面5-1-6，壓頭3-1下端面和拱形梁中心拱3-3-2上表面頂點(diǎn)緊密接觸，壓頭3-1側(cè)臂和密封環(huán)3-2內(nèi)環(huán)接觸。

密封環(huán)3-2為具有一定厚度的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，密封環(huán)3-2外環(huán)面為螺紋結(jié)構(gòu)，密封環(huán)3-2和壓力傳感單元安裝槽4-2上部的內(nèi)環(huán)的內(nèi)螺紋相互嚙合，在裝配過程中，密封環(huán)3-2旋入壓力傳感單元安裝槽4-2中，從而對光纖光柵壓力傳感單元3-0起到密封作用，保護(hù)內(nèi)部零件不會從壓力傳感單元安裝槽4-2中掉落的同時，限制了壓力傳感單元安裝槽4-2的內(nèi)部空間，緊密固定該空間內(nèi)的各種零部件，使得壓頭3-1，拱形梁式光纖光柵應(yīng)變計(jì)3-3，底座墊圈3-5，第一圓墊片3-6和第二圓墊片3-7相互之間緊密接觸，密封環(huán)3-2內(nèi)壁為光滑表面，使得壓頭3-1在運(yùn)動過程中不會受到摩擦阻力。密封環(huán)3-2上表面作為光纖光柵壓力傳感單元3-0的外表面，密封環(huán)3-2下表面懸空，密封環(huán)3-2內(nèi)壁和壓頭3-1外壁光滑接觸。

拱形梁式光纖光柵應(yīng)變計(jì)3-3是壓力傳感器的核心部件，拱形梁式光纖光柵應(yīng)變計(jì)3-3包括拱形梁中心拱3-3-2和設(shè)置在拱形梁中心拱3-3-2兩端的拱形梁伸長端3-3-1。兩個拱形梁伸長端3-3-1以拱形梁中心拱3-3-2的中心軸對稱設(shè)置，拱形梁中心拱3-3-2兩端的拱形梁伸長端3-3-1卡設(shè)在底座墊圈3-5上的底座墊圈卡槽3-5-1中，使其空間位置保持固定，拱形梁伸長端3-3-1和底座墊圈卡槽3-5-1緊密接觸。拱形梁中心拱3-3-2是雙面拱，拱形梁中心拱3-3-2的2個拱角分別和2個拱形梁伸長端3-3-1相連，拱形梁中心拱3-3-2上表面的頂端和壓頭3-1下端面緊密接觸，拱形梁中心拱3-3-2下表面的頂端與第一圓墊片3-6上表面緊密接觸，拱形梁中心拱3-3-2側(cè)面不和任何零件發(fā)生接觸。

底座墊圈3-5上有1對對稱布置的底座墊圈卡槽3-5-1，底座墊圈3-5底部內(nèi)壁設(shè)置有底座墊圈卡環(huán)3-5-2。底座墊圈3-5整體呈圓環(huán)形，1對底座墊圈卡槽3-5-1的中心線連接線與底座墊圈3-5的中軸線相交且垂直，底座墊圈卡環(huán)3-5-2在底座墊圈3-5底部內(nèi)壁，高度低于底座墊圈3-5自身，其功能是幫助第一圓墊片3-6嵌入底座墊圈3-5底部，并牢固固定。底座墊圈3-5安裝在第二圓墊片3-7上，底座墊圈卡槽3-5-1中放置拱形梁伸長端3-3-1，使得拱形梁式光纖光柵應(yīng)變計(jì)3-3固定在底座墊圈3-5上，使得拱形梁伸長端3-3-1不會發(fā)生空間上的平移或轉(zhuǎn)動。同時拱形梁伸長端3-3-1也對底座墊圈3-5在相對于圓柱形安裝孔1-1-0的中軸線方向(即傳感面法線方向)上的位移產(chǎn)生限制，使其不會在該方向上發(fā)生移動。底座墊圈3-5上表面不和任何零件發(fā)生接觸，底座墊圈卡槽3-5-1和拱形梁伸長端3-3-1緊密接觸，底座墊圈3-5外側(cè)和壓力傳感單元安裝槽4-2內(nèi)壁接觸，底座墊圈卡環(huán)3-5-2內(nèi)壁和第一圓墊片3-6外側(cè)緊密接觸，底座墊圈3-5底部和第二圓墊片3-7上表面緊密接觸。

第一圓墊片3-6呈扁圓柱形，嵌入底座墊圈3-5底部，第一圓墊片3-6下表面和第二圓墊片3-7上表面緊密接觸，第一圓墊片3-6上表面和拱形梁中心拱3-3-2下表面頂點(diǎn)緊密接觸，第一圓墊片3-6側(cè)面和底座墊圈卡環(huán)3-5-2內(nèi)壁緊密接觸。

第二圓墊片3-7呈扁圓柱形，安裝在壓力傳感單元安裝槽4-2最底部，第二圓墊片3-7下表面和壓力傳感單元安裝槽4-2的槽底接觸，第二圓墊片3-7上表面與底座墊圈3-5底部緊密接觸，第二圓墊片3-7側(cè)面和壓力傳感單元安裝槽4-2內(nèi)壁接觸。

開設(shè)在拱形梁中心拱3-3-2上的光纖安裝刻槽3-3-3和開設(shè)在拱形梁伸長端3-3-1上的光纖安裝刻槽3-3-3連通，光纖光柵的中部設(shè)置在拱形梁中心拱3-3-2的光纖安裝刻槽3-3-3中，光纖光柵兩端固定在拱形梁伸長端3-3-1上的光纖安裝刻槽3-3-3內(nèi)，與光纖光柵兩端連接的光纖3-4通過光纖走線槽2-2-0匯聚于圓柱形光纖槽2-1-7中。

在光纖光柵壓力傳感單元3-0的光纖光柵和光纖3-4裝配過程中，首先，光纖光柵的中部安裝在拱形梁中心拱3-3-2的光纖安裝刻槽3-3-3中，將光纖光柵的兩端設(shè)置光纖3-4設(shè)置在拱形梁伸長端3-3-1上的光纖安裝刻槽3-3-3內(nèi)并通過ab熱固膠粘貼。然后，將第二圓墊片3-7放入壓力傳感單元安裝槽4-2槽底并壓實(shí)。將底座墊圈3-5放置在第二圓墊片3-7上，將第一圓墊片3-6放入底座墊圈3-5中的底座墊圈卡環(huán)3-5-2內(nèi)。ab熱固膠凝固后，將拱形梁中心拱3-3-2放入底座墊圈3-5中，將拱形梁伸長端3-3-1放入到底座墊圈卡槽3-5-1中。然后，將壓頭3-1安裝在密封環(huán)3-2上，再將密封環(huán)3-2旋入壓力傳感單元安裝槽4-2上部的內(nèi)螺紋，直至壓頭3-1和拱形梁式光纖光柵應(yīng)變計(jì)3-3發(fā)生接觸為止。

此時與光纖光柵連接的光纖3-4通過伸長端安裝槽4-1自然引出，穿過伸長端安裝槽4-1后，進(jìn)入對應(yīng)的光纖走線槽2-2-0中，最終匯入實(shí)心球體2上的圓柱形光纖槽2-1-7中，并和外部光纜連接，從而將光纖光柵壓力傳感單元3-0產(chǎn)生的波長信號通過光纖3-4傳遞至外部解調(diào)設(shè)備之中。

在完成光纖走線和光纖光柵壓力傳感單元3-0的全部安裝以后，最終把第一半球形外殼1-1和第二半球形外殼1-2根據(jù)球形外殼1上的圓柱形安裝孔1-1-0和實(shí)心球體2上的6個光纖光柵壓力傳感單元3-0之間的對應(yīng)關(guān)系拼接在實(shí)心球體2上，使得光纖光柵壓力傳感單元3-0的每個傳感面(5-1-1、5-1-2、5-1-3、5-1-4、5-1-5、5-1-6)，即各個光纖光柵壓力傳感單元3-0的壓頭3-1的頂面，從圓柱形安裝孔1-1-0中露出，并使得實(shí)心球體2上的圓柱形光纖槽2-1-7的位置和球形外殼1上的圓柱形出線孔1-2-4空間位置對應(yīng)，共同組成光纖出線孔5-1-7。

實(shí)施例2：

實(shí)心球體2上半部設(shè)置的三個光纖光柵壓力傳感單元3-0的壓頭3-1的傳感面的法線與水平面的夾角均為45度，且實(shí)心球體2上半部設(shè)置的三個光纖光柵壓力傳感單元3-0的壓頭3-1的傳感面的法線在水平面上的投影直線之間的相鄰?qiáng)A角為60度；所述的實(shí)心球體2下半部設(shè)置的三個光纖光柵壓力傳感單元3-0的壓頭3-1的傳感面的法線與水平面的夾角均為60度，且實(shí)心球體2下半部設(shè)置的三個光纖光柵壓力傳感單元3-0的壓頭3-1的傳感面的法線在水平面上的投影直線之間的相鄰?qiáng)A角為60度。

其他與實(shí)施例1相同。

根據(jù)上述光纖光柵壓力傳感單元3-0的壓頭3-1的傳感面的法線角度布置，可以計(jì)算出第一傳感面5-1-1、第二傳感面5-1-2、第三傳感面5-1-3、第四傳感面5-1-4、第五傳感面5-1-5、第六傳感面5-1-6法向與坐標(biāo)系x軸、y軸z軸的方向余弦值。進(jìn)而，根據(jù)式(1)，建立第一傳感面5-1-1、第二傳感面5-1-2、第三傳感面5-1-3、第四傳感面5-1-4、第五傳感面5-1-5、第六傳感面5-1-6測量應(yīng)力與待測量巖土體應(yīng)力狀態(tài)之間的關(guān)系：

式中(σx,σy,σz,τxy,τyz,τzx)為待測量巖土體測點(diǎn)處的空間應(yīng)力狀態(tài)，(σn1,σn2,σn3,σn4,σn5,σn6)為第一傳感面5-1-1、第二傳感面5-1-2、第三傳感面5-1-3、第四傳感面5-1-4、第五傳感面5-1-5、第六傳感面5-1-6上的法向應(yīng)力大小。

假設(shè)第一傳感面5-1-1、第二傳感面5-1-2、第三傳感面5-1-3、第四傳感面5-1-4、第五傳感面5-1-5、第六傳感面5-1-6六個方向的法向應(yīng)力(單位：mpa)為：

{σn1,σn2,σn3,σn4,σn5,σn6}＝{6.1,6.1,6.1,6.1,7.5,7.5}(2)

則根據(jù)式(1)可以獲得待測量巖土體的應(yīng)力狀態(tài)為：

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。