隧道形變監(jiān)測傳感器及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，尤其涉及隧道形變或塌方監(jiān)測的傳感器及裝置，適用于地鐵隧道，公路交通隧道，電力隧道，地下礦井隧道等。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會的發(fā)展，各種隧道逐漸增多，隧道的安全事故愈加頻繁。有效的監(jiān)控隧道狀態(tài)并及時避免事故發(fā)生，對國家安全有著重要的意義。隧道事故發(fā)生之初，必然會產(chǎn)生較大的形變或位移，因此通過隧道形變或位移監(jiān)測來評估隧道的安全狀態(tài)，是一種簡單且直接有效的方法。通常情況下，隧道發(fā)生形變的主要原因是受到自上而下的巨大壓力，當(dāng)隧道不能完全承受壓力時便會發(fā)生形變，雖然形變很小，但可能存在著巨大的潛在危險。傳統(tǒng)的隧道形變監(jiān)測手段，是通過置入應(yīng)力應(yīng)變傳感器來測量隧道的形變。這種方法只能在修建隧道時同步執(zhí)行，且后期無法進(jìn)行傳感器維護(hù)、更換，其缺陷還在于相對隧道的整體結(jié)構(gòu)，其僅僅是測量了隧道一個點的狀態(tài)。
[0003]發(fā)明專利200910081488.4與發(fā)明專利201010253984.6分別采用渦流形變傳感器與圖像傳感器以陣列的形式對隧道整體形變狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，其終端傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，安裝調(diào)試要求高，且隧道全程都需要提供24V電源。
[0004]發(fā)明專利201110413277.3采用激光測量技術(shù)，通過激光接收器探測光強(qiáng)對隧道形變進(jìn)行監(jiān)測。該方案易受到環(huán)境因素的影響，尤其是空氣中的灰塵與水汽，其附著在鏡面上會導(dǎo)致激光發(fā)射和接受強(qiáng)度發(fā)生變化，從而引起測量誤差，并且也需要現(xiàn)場提供電源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，針對目前隧道形變監(jiān)測手段的不足之處，提出一種成本低、可靠性強(qiáng)的隧道形變監(jiān)測傳感器及裝置。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
提供一種隧道形變監(jiān)測傳感器，該傳感器包括“工”型結(jié)構(gòu)件和兩個不同波長的光纖光柵，“工”型結(jié)構(gòu)件包括兩個固定臂，以及連接兩個固定的中間固定件；
兩個光纖光柵對稱地斜設(shè)在中間固定件的兩側(cè)，且兩個光纖光柵的其中一端均與中間固定件連接，另一端固定在同一固定臂上。
[0007]本發(fā)明所述的隧道形變監(jiān)測傳感器中，“工”型結(jié)構(gòu)件的上下兩個固定臂上均設(shè)有固定孔。
[0008]本發(fā)明還提供了一種隧道形變監(jiān)測裝置，包括應(yīng)變感知梁、應(yīng)變傳遞梁和固定架；
應(yīng)變感知梁與隧道拱形頂相吻合，通過固定架固定在隧道頂部；
應(yīng)變傳遞梁為水平橫梁，固定在應(yīng)變感知梁上；應(yīng)變傳遞梁上固定有上述的隧道形變監(jiān)測傳感器。
[0009]本發(fā)明所述的裝置中，固定架由兩個三角形鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
[0010]本發(fā)明所述的裝置中，應(yīng)變傳遞梁中部的正反兩面分別設(shè)有一個凹槽，兩個凹槽的中心部位設(shè)有鏤空的矩形孔，隧道形變監(jiān)測傳感器固定在矩形孔的兩個側(cè)壁上。
[0011]本發(fā)明所述的裝置中，凹槽上設(shè)有槽蓋，槽蓋與凹槽間設(shè)有密封墊。
[0012]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明的傳感器通過在工型結(jié)構(gòu)件的兩側(cè)對稱設(shè)置兩個不同波長的傳感器，將其安裝于隧道頂部用于檢測隧道形變時，傳感器固定臂發(fā)生相對位移，導(dǎo)致固定件發(fā)生形變。兩個光纖光柵受到的拉力一個變大一個變小，兩光纖光柵波長之差反映出應(yīng)變變化。如果在應(yīng)變發(fā)生的同時，環(huán)境溫度也發(fā)生了變化，由于兩光纖光柵的對稱結(jié)構(gòu)，其溫度靈敏度一樣，由于溫度引起的變化也相同，在兩波長做差的同時也抵消了溫度的影響。因此本發(fā)明的隧道形變監(jiān)測傳感器及裝置結(jié)構(gòu)簡單、易安裝，信號的采集與傳輸采用光纖不需電源，工程實施簡單，適應(yīng)苛刻的環(huán)境條件，且感測靈敏度高，誤差小。
【附圖說明】
[0013]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
圖1是本發(fā)明實施例隧道形變監(jiān)測傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例隧道形變監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明實施例應(yīng)變傳遞梁的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0015]本發(fā)明實施例的隧道形變監(jiān)測傳感器，如圖1所示，包括“工”型結(jié)構(gòu)件和兩個不同波長的光纖光柵11、12，“工”型結(jié)構(gòu)件包括固定臂7和固定臂8，以及連接兩個固定的中間固定件9 ;兩個光纖光柵對稱地斜設(shè)在中間固定件9的兩側(cè)，且兩個光纖光柵的其中一端均與中間固定件9連接，另一端固定在同一固定臂上，既可以是固定臂7，也可以是固定臂8。如圖1所示，兩支光纖光柵可分別以預(yù)應(yīng)力的狀態(tài)固定于“工”字型結(jié)構(gòu)一邊的兩個直角位置，起到應(yīng)變測量與溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩?br>[0016]“工”型結(jié)構(gòu)件的兩個固定臂較長，并有固定孔(如螺紋孔)，方便傳感器的組裝；將該傳感器固定于待測物體處。
[0017]本發(fā)明的隧道形變監(jiān)測傳感器為光纖光柵傳感器，其性能特征在于差動放大與溫度補(bǔ)償。差動放大表現(xiàn)為:當(dāng)傳感器發(fā)生應(yīng)變時，一支光纖光柵的波長變大，另一支光纖光柵的波長變小，兩支光纖光柵波長的差值發(fā)映出應(yīng)變變化量。與一般單支光纖光柵應(yīng)變傳感器相比，相同條件下其靈敏度高出一倍。溫度補(bǔ)償表現(xiàn)為:兩支光纖光柵的封裝位置與結(jié)構(gòu)對稱，溫度靈敏度相同，從而由于溫度變化引起的波長變化量相同，兩波長值做差的同時消除了溫度因素的影響。
[0018]本發(fā)明實施例的隧道形變監(jiān)測裝置，如圖2所示，包括應(yīng)變感知梁1、應(yīng)變傳遞梁2和固定架3 ;應(yīng)變感知梁I與隧道拱形頂相吻合，通過固定架3固定在隧道頂部。應(yīng)變傳遞梁2為水平橫梁，固定在應(yīng)變感知梁I上；應(yīng)變傳遞梁2上固定有上述實施例的隧道形變監(jiān)測傳感器4。
[0019]如圖2所示，應(yīng)變感知梁I的兩個端部通過固定架3固定在隧道側(cè)壁。
[0020]本發(fā)明的一個實施例中，如圖3所示，應(yīng)變傳遞梁2中部的正反臉面設(shè)有凹槽，兩個凹槽之間設(shè)有鏤空的矩形孔，隧道形變監(jiān)測傳感器固定在矩形孔的兩個側(cè)壁上。如可通過在矩形孔的上下兩個側(cè)壁上設(shè)置側(cè)壁螺紋孔5、6，用于安裝和保護(hù)隧道形變監(jiān)測傳感器4。本發(fā)明實施例中，在將隧道形變監(jiān)測傳感器4安裝于矩形孔中時，使得隧道形變監(jiān)測傳感器4兩個固定臂上的固定孔與側(cè)壁螺紋孔相重合，再用螺栓固定。此處矩形孔以及傳感器的安裝方式可以是多樣的，還可以根據(jù)設(shè)計需求采用其它的方式。
[0021]本發(fā)明的一個具體實施例中，如圖2所示，應(yīng)變感知梁I為拱形梁結(jié)構(gòu)，是根據(jù)隧道拱形設(shè)計，剛好可以與隧道頂壁吻合，通過機(jī)械固定或水泥澆筑的方式固定于頂壁之上，其末端達(dá)到與隧道側(cè)壁交接處，在隧道側(cè)壁上安裝固定架3，將拱形梁末端固定。應(yīng)變傳遞梁2為水平橫梁，可通過焊接的方式固定在拱形梁上面。
[0022]本發(fā)明的一個實施例中，固定架3是由兩個三角形鋼結(jié)構(gòu)組成，以保證其穩(wěn)定性。固定架3的一個面安裝在隧道的側(cè)壁，一個面與拱形梁的末端連接，兩個固定架3分別安裝在隧道兩邊。
[0023]本發(fā)明實施例中，傳感器“工”字型結(jié)構(gòu)高度與水平橫梁上的矩形孔寬度剛好吻合，并且傳感器固定臂上的螺紋孔與矩形孔內(nèi)側(cè)壁的螺紋孔剛好吻合。將傳感器放入水平橫梁的矩形孔內(nèi)，并通過螺栓的方式進(jìn)行固定，之后將凹槽的蓋子用小螺釘固定，蓋子與凹槽間使用密封墊片密封。
[0024]當(dāng)隧道頂壁受到來自上方的壓力發(fā)生形變時，拱形梁隨之發(fā)生形變，由于拱形梁的受力也是自上而下，其發(fā)生形變時會導(dǎo)致拱形曲率半徑變大，此時會導(dǎo)致水平橫梁受到水平的拉力發(fā)生形變。水平橫梁發(fā)生形變時導(dǎo)致凹槽內(nèi)矩形孔的側(cè)壁螺紋孔5、6發(fā)生相對位移。與之相對應(yīng)的傳感器固定臂7、8也發(fā)生相對位移，導(dǎo)致傳感器的固定件9向長臂7的方向彎曲發(fā)生形變。光纖光柵10受到的拉力變大，光纖光柵11受到的拉力變小，兩光柵波長之差反映出應(yīng)變變化。如果在應(yīng)變發(fā)生的同時，環(huán)境溫度也發(fā)生了變化，由于兩光纖光柵的對稱結(jié)構(gòu)，其溫度靈敏度一樣，由于溫度引起的變化也相同，在兩波長做差的同時也抵消了溫度的影響。
[0025]應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種隧道形變監(jiān)測傳感器，其特征在于，該傳感器包括“工”型結(jié)構(gòu)件和兩個不同波長的光纖光柵，“工”型結(jié)構(gòu)件包括兩個固定臂，以及連接兩個固定的中間固定件； 兩個光纖光柵對稱地斜設(shè)在中間固定件的兩側(cè)，且兩個光纖光柵的其中一端均與中間固定件連接，另一端固定在同一固定臂上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道形變監(jiān)測傳感器，其特征在于，“工”型結(jié)構(gòu)件的上下兩個固定臂上均設(shè)有固定孔。3.—種隧道形變監(jiān)測裝置，其特征在于，包括應(yīng)變感知梁、應(yīng)變傳遞梁和固定架； 應(yīng)變感知梁與隧道拱形頂相吻合，通過固定架固定在隧道頂部； 應(yīng)變傳遞梁為水平橫梁，固定在應(yīng)變感知梁上；應(yīng)變傳遞梁上固定有如權(quán)利要求1或2所述的隧道形變監(jiān)測傳感器。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，應(yīng)變感知梁的兩個端部均通過固定架固定在隧道側(cè)壁。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，固定架由兩個三角形鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，應(yīng)變傳遞梁中部的正反兩面分別設(shè)有一個凹槽，兩個凹槽的中心部位設(shè)有鏤空的矩形孔，隧道形變監(jiān)測傳感器固定在矩形孔的兩個側(cè)壁上。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，凹槽上設(shè)有槽蓋，槽蓋與凹槽間設(shè)有密封墊。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種隧道形變監(jiān)測傳感器及裝置，其中傳感器包括“工”型結(jié)構(gòu)件和兩個不同波長的光纖光柵，“工”型結(jié)構(gòu)件包括兩個固定臂，以及連接兩個固定的中間固定件；兩個光纖光柵對稱地斜設(shè)在中間固定件的兩側(cè)，且兩個光纖光柵的其中一端均與中間固定件連接，另一端固定在同一固定臂上。本發(fā)明隧道形變監(jiān)測傳感器及裝置結(jié)構(gòu)簡單，無需電源，可適應(yīng)苛刻的環(huán)境，且監(jiān)測靈敏度高。
【IPC分類】G01B11/16
【公開號】CN105157593
【申請?zhí)枴緾N201510543678
【發(fā)明人】常曉東, 印新達(dá), 王丹
【申請人】武漢理工光科股份有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月28日