專利名稱：光纖布拉格光柵串式多點位移傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光電子測量工具，特別涉及一種基于光纖布拉格(FBG)光柵傳感 原理的光纖布拉格光柵串式多點位移傳感器，主要應用于橋梁伸縮縫位移監(jiān)測、橋梁阻尼 器伸縮位移監(jiān)測、道路路基沉降監(jiān)測、大壩位移監(jiān)測、隧道結構位移監(jiān)測等。
背景技術：
光纖光柵位移傳感器廣泛應用于橋梁伸縮縫位移、橋梁阻尼器伸縮位移、道路路 基沉降、大壩位移監(jiān)測和隧道結構位移等方面的監(jiān)測。在實際測量位移過程中，為提高監(jiān)測 的分辨率，需要在盡可能小的孔徑下面安裝盡可能多的傳感器，由于傳統(tǒng)的光纖布拉格光 柵位移傳感器每只傳感器對應一套測桿和錨頭，所有的傳感器都是統(tǒng)一安裝在位于孔口的 基座中，往往需要大孔徑造孔。而且一般在一個孔內基座中只能安裝幾套位移傳感器，換句 話說就是其對圍巖位移監(jiān)測的分辨率相當?shù)汀?br>
發(fā)明內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種不受造孔孔徑限制，可以在一個較小 孔徑內安裝更多傳感器，從而提高圍巖位移監(jiān)測的分辨率的光纖布拉格光柵串式多點位移 傳感器。 本實用新型所采用的技術方案是光纖布拉格光柵串式多點位移傳感器，包括相 互垂直的基座和空心鋼套管，空心鋼套管內套有不銹鋼測桿，基座內裝有懸臂梁，懸臂梁一 端與基座固定，另一懸臂端與不銹鋼測桿可移動的連接，其特征在于所述串式多點位移傳 感器由若干個通過連接件首尾串聯(lián)的光柵位移傳感器軟連接而成，每個光柵位移傳感器在 其不銹鋼測桿的上端安裝金屬錨板。 所述不銹鋼測桿在其裝有金屬錨板一端的頂部通過彈簧連接帶有內螺孔的上絲 扣；而在基座的底部也固定一帶有內螺孔的下絲扣，相鄰兩個光柵位移傳感器通過法蘭將 上絲扣和下絲扣連接。 所述懸臂梁在其懸臂端通過上、下面安裝的彈簧分別與不銹鋼測桿的下端連接和 與基座底部固定，在懸臂梁同一位置的上下兩側均布置有光柵，光柵兩端的光纖經(jīng)基座端 面的穿孔引出至外部的分析儀。 所述空心鋼套管下端與基座固定，空心鋼套管上端與法蘭之間連有PVC保護管， 所述連接件位于保護管內，金屬錨板的外緣在保護管的外面。 本實用新型的有益效果是通過多個光柵位移傳感器的首尾相連接方式，將多個 傳感器串聯(lián)形成真正的傳感器鏈路，其結構形式不受基座孔徑大小的影響，可以通過光回 路擴展實現(xiàn)在一個預埋孔中安裝成千上萬個傳感器，由于FBG測量精確的先天優(yōu)勢，可以 將孔中和各段位移完全表現(xiàn)出來，使得測孔中各段位移連續(xù)。 本位移計通過安裝在金屬錨板前彈簧自身的伸縮剔除掉上一段圍巖的影響，這樣 每只位移傳感器都是一個獨立的測孔單元，從而提高位移測量的準確性，另本位移計結構簡單，成本低廉，可靠性高，可以很容易推廣使用。
圖1是本實用新型的結構原理圖。 圖2是圖1中光柵部分的局部放大圖。
具體實施方式如圖l所示，本實施例由10個(數(shù)量可根據(jù)預埋孔的深度而定)光柵位移傳感器 通過連接件首尾串聯(lián)軟連接而成，每個光柵位移傳感器都具有相互垂直的基座7和空心鋼 套管IO，空心套鋼管10內套有不銹鋼測桿3，基座7內裝有懸臂梁l，懸臂梁1 一端與基座 左側焊接，而其懸臂端與不銹鋼測桿3的下端通過彈簧11連接，該懸臂端的底部也用一個 彈簧11與基座的內底板固定。本實施例的一個特點是在不銹鋼測桿3的上端安裝圓形的金 屬錨板2，不銹鋼測桿上端裝有彈簧ll，彈簧的另一端連接一個帶有內螺孔的上絲扣6(外 形呈圓柱體)。在基座7的底部、不銹鋼測桿3軸線的延長線上也固定安裝一個帶有內螺孔 的下絲扣8 (外形呈圓柱體)，串聯(lián)連接時，先將單個光柵位移傳感器裝配好，再將上面一個 傳感器的下絲扣8與下面一個傳感器的上絲扣6通過一個法蘭12連接起來，該法蘭中間是 一個直徑略大的圓板，兩邊各是一個帶正反螺紋的圓柱體，圓柱體可與絲扣的內螺孔旋緊 固定。 如圖2所示，本例在懸臂梁1同一位置的上下兩側均布置有光柵4，光柵兩端的光 纖9經(jīng)基座7端面的穿孔引出至外部的分析儀。 本實施例的另一特點是空心鋼套管10下端與基座7固定，空心鋼套管上端與法蘭 12之間套有PVC保護管5，所述連接件(包括彈簧、上絲扣、下絲扣和法蘭)以及金屬錨板 2都在保護管5的長度范圍內，金屬錨板2的外緣穿過保護管露在外面。 當圓形金屬錨板2受到圍巖拉伸、壓縮后帶動不銹鋼測桿3發(fā)生位移，該位移作用 于懸臂梁1傳遞給光柵4，光柵的波長變化再經(jīng)光纖9傳遞給外部的儀器讀取數(shù)據(jù)。彈簧 11使得各個位移傳感器保持獨立，PVC保護管5起到在注漿時彈簧和不銹鋼測桿不被漿液 粘結的保護作用。漿液固結后不會對儀器位移造成影響。 當圍巖發(fā)生形變，圓形金屬錨板2受到拉伸、壓縮后帶動不銹鋼測桿3發(fā)生位移， 聯(lián)動懸臂梁1發(fā)生形變，作用于其上下表面布置的光柵4，使光柵4發(fā)生形變，引起光柵的波 長變化，波長變化量經(jīng)光纖9傳輸給外部的儀器。PVC保護管5起到在注漿時彈簧和不銹鋼 測桿不被漿液粘結的保護作用，漿液固結后不會對儀器位移造成影響。
權利要求一種光纖布拉格光柵串式多點位移傳感器，具有光柵位移傳感器，它括相互垂直的基座(7)和空心鋼套管(10)，空心鋼套管(10)內套有不銹鋼測桿(3)，基座(7)內裝有懸臂梁(1)，懸臂梁一端與基座固定，另一懸臂端與不銹鋼測桿(3)可移動的連接，其特征在于所述串式多點位移傳感器由若干個通過連接件首尾串聯(lián)的光柵位移傳感器軟連接而成，每個光柵位移傳感器在其不銹鋼測桿(3)的上端安裝金屬錨板(2)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的光纖布拉格光柵串式多點位移傳感器，其特征在于所述不 銹鋼測桿(3)在其裝有金屬錨板(2) —端的頂部通過彈簧(11)連接帶有內螺孔的上絲扣 (6);而在基座(7)的底部也固定一帶有內螺孔的下絲扣(8)，相鄰兩個光柵位移傳感器通 過法蘭(12)將上絲扣(6)和下絲扣(8)連接。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的光纖布拉格光柵串式多點位移傳感器，其特征在于所 述懸臂梁(1)在其懸臂端通過上下面安裝的彈簧(11)分別與不銹鋼測桿(3)的下端連接 和與基座(7)底部固定，在懸臂梁(1)同一位置的上下兩側均布置有光柵(4)，光柵兩端的 光纖(9)經(jīng)基座(7)端面的穿孔引出至外部的分析儀。
4. 根據(jù)權利要求1或2所述的光纖布拉格光柵串式多點位移傳感器，其特征在于所 述空心鋼套管(10)下端與基座(7)固定，空心鋼套管上端與法蘭(12)之間連有PVC保護 管(5)，所述連接件位于保護管內，金屬錨板(2)的外緣在保護管的外面。
5. 根據(jù)權利要求3所述的光纖布拉格光柵串式多點位移傳感器，其特征在于所述空 心鋼套管(10)下端與基座(7)固定，空心鋼套管上端與法蘭(12)之間連有PVC保護管(5)， 所述連接件位于保護管內，金屬錨板(2)的外緣在保護管的外面。
專利摘要本實用新型涉及一種光纖布拉格光柵串式多點位移傳感器。本實用新型所要解決的技術問題是提供一種不受造孔孔徑限制，可以在一個較小孔徑內安裝更多傳感器，從而提高圍巖位移監(jiān)測的分辨率的光纖布拉格光柵串式多點位移傳感器。解決該問題的技術方案是所述串式多點位移傳感器由若干個通過連接件首尾串聯(lián)的光柵位移傳感器軟連接而成，每個光柵位移傳感器在其不銹鋼測桿的上端安裝金屬錨板。本實用新型主要應用于橋梁伸縮縫位移監(jiān)測、橋梁阻尼器伸縮位移監(jiān)測、道路路基沉降監(jiān)測、大壩位移監(jiān)測、隧道結構位移監(jiān)測等。
文檔編號G01B11/02GK201517920SQ200920198289
公開日2010年6月30日 申請日期2009年10月12日 優(yōu)先權日2009年10月12日
發(fā)明者張春生, 張晨, 楊東升, 王小清, 陳文華, 陳祥榮 申請人:中國水電顧問集團華東勘測設計研究院;浙江華東工程科技發(fā)展有限公司;杭州華東工程檢測技術有限公司