專利名稱：一種光纖流速探測(cè)桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量排水管道或明渠中不同水位流速的儀器，具體地說(shuō)是一種光纖流速探測(cè)桿。
背景技術(shù)：
我國(guó)目前長(zhǎng)大隧道、地鐵、水電站、鐵礦、煤礦等地下工程建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展，但是突涌水事故時(shí)常發(fā)生，造成了大量的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。這其中有部分原因是礦井或隧道排水量的監(jiān)控不到位，缺乏有效的流速監(jiān)測(cè)儀，無(wú)法對(duì)裂隙涌水量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。監(jiān)測(cè)排水溝液體流速、監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位和排水溝深可以最終精確得出涌水的流量，能有效的解決上述問(wèn)題，但現(xiàn)有的流速監(jiān)測(cè)儀體積比較大，容易改變流場(chǎng)從而造成測(cè)量參數(shù)的不精確，而且在微小裂隙處也無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。另外，現(xiàn)有流速監(jiān)測(cè)儀還存在著抗壓和防水能力差、無(wú)法實(shí)現(xiàn)多測(cè)點(diǎn)測(cè)量、調(diào)平能力差等缺點(diǎn)，仍有非常大的提升空間。光纖光柵傳感原理說(shuō)明
如圖10所示，光纖光柵是利用某種方式致光纖纖芯折射率永久性改變，從而產(chǎn)生的折射率沿著光纖軸向空間周期性分布的空間相位光柵。光纖光柵就是一段光纖，其纖芯中具有折射率周期性變化的結(jié)構(gòu)。光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)靈敏度高；
(2)無(wú)源器件，對(duì)被測(cè)對(duì)象不產(chǎn)生影響；
(3)光纖是電介質(zhì)，耐高壓，耐腐蝕，在易燃、易爆環(huán)境下安全可靠；
(4)頻帶寬，動(dòng)態(tài)范圍大；
(5)幾何形狀具有多方面的適應(yīng)性，可以做成任意形狀的傳感器和傳感器陣列；
(6)在共同的技術(shù)基礎(chǔ)上可以制成傳感不同物理量的傳感器；
(7)可以與光纖遙測(cè)技術(shù)相配合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量和控制；
(8)由光纖傳感器組成的光纖傳感器系統(tǒng)便于與中心計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)多功能、智能化的要求；
(9)傳感器體積小、重量輕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光纖流速探測(cè)桿。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種光纖流速探測(cè)桿，它包括帶刻度的尺身，尺身的上端設(shè)有把手，把手的上端設(shè)有圓水準(zhǔn)器，尺身上還設(shè)有能夠沿尺身上下移動(dòng)的光纖光柵測(cè)量裝置。所述光纖光柵測(cè)量裝置包括固定裝置、光纖光柵測(cè)量計(jì)和定向裝置，所述固定裝置與所述尺身連接，所述光纖光柵測(cè)量計(jì)與固定裝置相連接，所述定向裝置與光纖光柵測(cè)量計(jì)相連接。所述固定裝置包括一連接桿和套環(huán)，所述套環(huán)的一端連接所述連接桿、另一端通過(guò)螺母進(jìn)行緊固嵌套在尺身上。所述光纖光柵測(cè)量計(jì)包括測(cè)量計(jì)殼體，測(cè)量計(jì)殼體上設(shè)有可轉(zhuǎn)動(dòng)殼體，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)殼體與所述固定裝置相連接。所述可轉(zhuǎn)動(dòng)殼體通過(guò)若干圓珠滾子與所述測(cè)量計(jì)殼體可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。所述定向裝置包括與所述殼體連接的桿體，桿體的末端還連接有至少一個(gè)片狀體。所述片狀體為兩個(gè)，二者的一端均與所述桿體連接，且二者具有夾角。所述尺身的底端還設(shè)有托盤。所述尺身由多個(gè)分尺身通過(guò)螺紋連接組成，所述把手與尺身之間通過(guò)螺紋相連。所述光纖光柵測(cè)量計(jì)引出的光信號(hào)傳導(dǎo)線通過(guò)設(shè)置在尺身上的光信號(hào)傳導(dǎo)線固定槽與尺身并行排布在一起。光纖流速探測(cè)桿置于排水管道或明渠后，定向裝置可以自動(dòng)調(diào)節(jié)元件測(cè)速方向， 光纖測(cè)量元件監(jiān)測(cè)水流速度，刻度尺身顯示測(cè)點(diǎn)水位和排水溝深。不同水位水流速度有一定差別，因此滑動(dòng)測(cè)量部主體進(jìn)行多測(cè)點(diǎn)測(cè)量。由測(cè)點(diǎn)水位、過(guò)水面積和各測(cè)點(diǎn)水流速度計(jì)算排水管道或明渠流量，從而得出裂隙涌水量。本發(fā)明的光纖流速探測(cè)桿與其他流速監(jiān)測(cè)儀器相比，具有如下顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)
(1)測(cè)量精度高，采用光纖光柵傳感原理可達(dá)到很高的靈敏度，有效的提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的精度；
(2)構(gòu)造簡(jiǎn)單，加工方便，性價(jià)比高；
(3)采用單桿式設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)多測(cè)點(diǎn)測(cè)量；
(4)可拆裝，設(shè)備攜帶方便；
(5)防水、抗壓性能好；
(6)配備了測(cè)速元件定向裝置，提高測(cè)量精度；
(7)測(cè)流速的同時(shí)還可以同時(shí)測(cè)出監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位和排水溝深。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是尺身部分的側(cè)視圖3是探測(cè)桿總體的俯視圖； 圖4是固定裝置的的側(cè)視圖； 圖5是固定裝置的俯視圖； 圖6是定向裝置的側(cè)視圖； 圖7是定向裝置的俯視圖； 圖8是光纖光柵測(cè)量計(jì)部分的剖面圖； 圖9是本探測(cè)桿使用原理的示意圖；圖10是光纖光柵傳感原理圖。其中1.圓水準(zhǔn)器，2.把手，3.尺身，4.光信號(hào)傳導(dǎo)線固定槽，5.插頭，6.固定裝置，7.光纖光柵測(cè)量計(jì)，8.測(cè)量頭，9.保護(hù)罩，10.定向裝置，11.光信號(hào)傳導(dǎo)線，12.托盤， 13.錐形橡膠膜，14.測(cè)量計(jì)殼體，15.懸臂梁，16.測(cè)量光柵，17.圓珠滾子，18.端蓋，19.固定金屬片，20.靶片，21.光電信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，22.數(shù)據(jù)分析電腦，23.光信號(hào)傳輸，24電信號(hào)傳輸，25.其它探測(cè)桿。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述，應(yīng)該說(shuō)明的是，下述說(shuō)明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行限定。如圖1所示，一種用于測(cè)定液體流速、流量的光纖流速探測(cè)桿，由圓水準(zhǔn)器1、把手 2、帶刻度尺身3、光信號(hào)傳導(dǎo)線11固定槽4、插頭5、鉗形固定裝置6、光纖光柵測(cè)量計(jì)7、測(cè)量頭8、保護(hù)罩9、定向裝置10、光信號(hào)傳導(dǎo)線11和底部橡膠托盤12所組成。如圖2所示，所述尺身3由2段分尺身和把手2通過(guò)螺紋連接組成，所述把手2與尺身3之間也通過(guò)螺紋相連，每段分尺身之間以及分尺身與把手2之間的螺紋相同，且各分尺身之間的刻度依次相配合，因此可以將把手2拆下分別與各段分尺身連接，以便測(cè)量不同深度水位之用。依圖2中的表示，把手2連接在圖中間的分尺身上面，分尺身連接在右邊的分尺身上面，圖2中圓圈內(nèi)表示的是固定螺紋結(jié)構(gòu)。尺身3設(shè)計(jì)為三部分，當(dāng)溝深小于 0. 8米時(shí)可使把手2與下段桿組合測(cè)量，溝深大于0. 8米時(shí)三部分一起使用。尺身3上還設(shè)有光信號(hào)傳導(dǎo)線固定槽4，便于將光信號(hào)傳導(dǎo)線11卡在該固定槽內(nèi)。如圖1、圖3所示，尺身3的上端設(shè)有把手2，把手2的上端設(shè)有圓水準(zhǔn)器1，圓水準(zhǔn)器1可方便保證桿的豎直。如圖1所示，尺身3的底部設(shè)有橡膠的托盤12防止儀器測(cè)量時(shí)尺身3在溝底由于自重過(guò)度下沉。如圖1所示，尺身3上還設(shè)有能夠沿尺身3上下移動(dòng)的光纖光柵測(cè)量裝置。所述光纖光柵測(cè)量裝置包括固定裝置6、光纖光柵測(cè)量計(jì)7和定向裝置10，所述光纖光柵測(cè)量計(jì) 7與固定裝置6相連接，所述定向裝置10與測(cè)量主體相連接。如圖4、圖5所示，所述固定裝置6為鉗形固定裝置，它包括一連接桿和套環(huán)，套環(huán)為兩個(gè)半圓形的環(huán)組成，所述套環(huán)嵌套在尺身3上，并且一端連接所述連接桿、另一端通過(guò)螺母進(jìn)行緊固。該固定裝置6可以在帶刻度的尺身3上下移動(dòng)。如圖8所示，所述光纖光柵測(cè)量計(jì)7包括測(cè)量計(jì)殼體14，測(cè)量計(jì)殼體14的上部設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有三層圓珠滾子17，可轉(zhuǎn)動(dòng)殼體圓套在圓珠滾子17外，故可轉(zhuǎn)動(dòng)殼體通過(guò)若干圓珠滾子17與所述測(cè)量計(jì)殼體14可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。因此光纖光柵測(cè)量計(jì)7的測(cè)量主體 (不包括可轉(zhuǎn)動(dòng)殼體的部分)與定向裝置10可一起在水流力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，圓珠滾子17起到了減少摩擦阻力的作用。如圖6、圖7所示，定向裝置10包括與所述測(cè)量計(jì)殼體14連接(可以焊接在一起) 的桿體，桿體的末端還連接有2個(gè)豎直設(shè)置的片狀體。二個(gè)片狀體的一端均與所述桿體連接，且二者呈20°的夾角。手動(dòng)使測(cè)量頭大致朝向水流方向時(shí)，定向裝置10和可轉(zhuǎn)動(dòng)的光纖光柵測(cè)量計(jì)7 (相對(duì)于可轉(zhuǎn)動(dòng)殼體，光纖光柵測(cè)量計(jì)7是可轉(zhuǎn)動(dòng)的)可在流水力作用下使測(cè)量方向精確化。如圖8所示，光纖光柵測(cè)量計(jì)7的測(cè)量計(jì)殼體14 一端連接端蓋18。端蓋18上安裝有固定金屬片19，固定金屬片19與懸臂梁15連接，懸臂梁15上設(shè)有測(cè)量光柵16，測(cè)量光柵16與光纖連接，光纖穿過(guò)端蓋18，并通過(guò)光信號(hào)傳導(dǎo)線11與插頭5相連。懸臂梁15 的末端設(shè)有金屬靶片20，靶片20是要接觸水流的，平時(shí)測(cè)桿不用時(shí)為了保護(hù)靶片20，本發(fā)明人在金屬靶片20外還設(shè)計(jì)了可取下的保護(hù)罩9，并且保護(hù)罩9在測(cè)量時(shí)拔下。光纖光柵測(cè)量計(jì)7的下端為測(cè)量頭，測(cè)量頭包括懸臂梁15的下端和靶片20。在懸臂梁15上還設(shè)有錐形橡膠膜13，錐形橡膠膜13的一端與測(cè)量計(jì)殼體14連接，另一端套在懸臂梁15上并密封。所述光纖光柵測(cè)量計(jì)7引出的光信號(hào)傳導(dǎo)線11通過(guò)設(shè)置在尺身3上的光信號(hào)傳導(dǎo)線 11固定槽4與尺身3并行排布在一起。所述測(cè)量光柵16為雙光纖光柵，它們對(duì)稱的粘貼在懸臂梁15的兩側(cè)的中部。具體可參見(jiàn)專利CN101995485A，名稱為“靶式光纖光柵流速計(jì)”。如圖9所示，通過(guò)本發(fā)明的光纖流速深測(cè)桿測(cè)量的信號(hào)經(jīng)光信號(hào)傳輸23傳至光電信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置21，電信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置可同時(shí)連接多支其它深測(cè)桿25，經(jīng)電信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置處理后的電信號(hào)傳輸M傳至數(shù)據(jù)分析電腦22進(jìn)行分析。創(chuàng)新點(diǎn)
一、光纖流速探測(cè)桿采用光纖光柵傳感原理，具有精度高、抗噪性強(qiáng)、防水等優(yōu)點(diǎn)，詳見(jiàn)光纖光柵傳感原理說(shuō)明；
二、采用單桿式設(shè)計(jì)，其中監(jiān)測(cè)元件可借助卡槽在標(biāo)有刻度的桿上自由上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)多測(cè)點(diǎn)測(cè)量液體流速；
三、體積小，拆裝方便快速，可以用于實(shí)驗(yàn)以及工程運(yùn)用中監(jiān)測(cè)微小裂隙或溝渠處漿液流速；
四、具有監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)水位和排水溝深等附加功能；
五、配備了測(cè)速元件定向裝置10，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)元件測(cè)流速的最佳方向，從而使測(cè)量結(jié)果更加精確。
權(quán)利要求
1.一種光纖流速探測(cè)桿，其特征在于，它包括帶刻度的尺身，尺身的上端設(shè)有把手，把手的上端設(shè)有圓水準(zhǔn)器，尺身上還設(shè)有能夠沿尺身上下移動(dòng)的光纖光柵測(cè)量裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖流速探測(cè)桿，其特征在于，所述光纖光柵測(cè)量裝置包括固定裝置、光纖光柵測(cè)量計(jì)和定向裝置，所述固定裝置與所述尺身連接，所述光纖光柵測(cè)量計(jì)與固定裝置相連接，所述定向裝置與光纖光柵測(cè)量計(jì)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖流速探測(cè)桿，其特征在于，所述固定裝置包括一連接桿和套環(huán)，所述套環(huán)的一端連接所述連接桿、另一端通過(guò)螺母進(jìn)行緊固嵌套在尺身上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖流速探測(cè)桿，其特征在于，所述光纖光柵測(cè)量計(jì)包括測(cè)量計(jì)殼體，測(cè)量計(jì)殼體上設(shè)有可轉(zhuǎn)動(dòng)殼體，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)殼體與所述固定裝置相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光纖流速探測(cè)桿，其特征在于，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)殼體通過(guò)若干圓珠滾子與所述測(cè)量計(jì)殼體可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖流速探測(cè)桿，其特征在于，所述定向裝置包括與所述殼體連接的桿體，桿體的末端還連接有至少一個(gè)片狀體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光纖流速探測(cè)桿，其特征在于，所述片狀體為兩個(gè)，二者的一端均與所述桿體連接，且二者具有夾角。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖流速探測(cè)桿，其特征在于，所述尺身的底端還設(shè)有托盤。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖流速探測(cè)桿，其特征在于，所述尺身由多個(gè)分尺身通過(guò)螺紋連接組成，所述把手與尺身之間通過(guò)螺紋相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖流速探測(cè)桿，其特征在于，所述光纖光柵測(cè)量計(jì)引出的光信號(hào)傳導(dǎo)線通過(guò)設(shè)置在尺身上的光信號(hào)傳導(dǎo)線固定槽與尺身并行排布在一起。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖流速探測(cè)桿，它包括帶刻度的尺身，尺身的上端設(shè)有把手，把手的上端設(shè)有圓水準(zhǔn)器，尺身上還設(shè)有能夠沿尺身上下移動(dòng)的光纖光柵測(cè)量裝置。光纖流速探測(cè)桿置于排水管道或明渠后，定向裝置可以自動(dòng)調(diào)節(jié)元件測(cè)速方向，光纖測(cè)量元件監(jiān)測(cè)水流速度，刻度尺身顯示測(cè)點(diǎn)水位和排水溝深。不同水位水流速度有一定差別，因此滑動(dòng)測(cè)量部主體進(jìn)行多測(cè)點(diǎn)測(cè)量。由測(cè)點(diǎn)水位、過(guò)水面積和各測(cè)點(diǎn)水流速度計(jì)算排水管道或明渠流量，從而得出裂隙涌水量。
文檔編號(hào)G01P5/26GK102269770SQ20111012394
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者于海洋, 張章一, 張霄, 李術(shù)才, 李相輝, 李鵬, 王帥, 賈曉磊 申請(qǐng)人:山東大學(xué)