專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于雙l型梁的光纖光柵土壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及土木工程監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙L型梁的光纖光柵 土壓力傳感器，適用于埋入式或結(jié)構(gòu)表面土壓力測(cè)量，如巖土工程、邊坡、大壩、路基等工程 結(jié)構(gòu)土壓力監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
[0002]土壓力作為反映土木工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性狀態(tài)的主要參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不僅 可以避免重大工程事故發(fā)生，而且可以為巖土工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、防護(hù)以及理論研究提供可 靠數(shù)據(jù)。因此，研制適合于巖土介質(zhì)環(huán)境的壓力傳感器具有重要意義。[0003]土壓力傳感器特殊的應(yīng)用環(huán)境，通常需要將其埋入到巖土介質(zhì)中進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這對(duì) 于土壓力傳感器的設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)格要求。目前，應(yīng)用于土壓力觀測(cè)的傳感器主要有振弦式、 電阻應(yīng)變式、差動(dòng)電阻式、電感式和光纖式等。振弦式土壓力傳感器、電阻應(yīng)變式土壓力傳 感器、差動(dòng)電阻式土壓力傳感器以及電感式土壓力傳感器等電學(xué)類(lèi)傳感器在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程 存在長(zhǎng)期穩(wěn)定性差、精度低、易受電磁侵?jǐn)_、實(shí)時(shí)性以及組網(wǎng)能力差等弊端。[0004]光纖土壓力傳感器與傳統(tǒng)的電學(xué)類(lèi)土壓力傳感器相比，優(yōu)勢(shì)明顯:靈敏度高、不受 電磁干擾、復(fù)用簡(jiǎn)單、可構(gòu)成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步監(jiān)測(cè)，更適合長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。[0005]鑒于光纖土壓力傳感器的如上技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可滿(mǎn)足土木工程領(lǐng)域?qū)r土壓力的監(jiān)測(cè) 要求。目前已經(jīng)在此方面積極展開(kāi)研究。[0006]Chiachen Changa,王俊杰,Zhi Zhou等人分別報(bào)道了不同結(jié)構(gòu)的光纖光柵土壓力 傳感器。但是，這些光纖光柵土壓力傳感器都是將光纖光柵粘結(jié)在介質(zhì)材料表面，當(dāng)外界土 壓力作用到介質(zhì)材料上時(shí)，介質(zhì)材料發(fā)生彎曲變形，從而在其表面產(chǎn)生應(yīng)變，帶動(dòng)粘結(jié)在其 上的光纖光柵的輸出波長(zhǎng)發(fā)生變化，從而解調(diào)出土壓力信號(hào)。這些技術(shù)方案由于光纖光柵 的柵區(qū)被直接粘結(jié)封裝，一方面容易使光纖光柵產(chǎn)生啁啾，另一方面由此帶來(lái)的傳感器的 熱穩(wěn)定性較差，不適合在寬溫度變化范圍內(nèi)工作。[0007]李麗君等人報(bào)道了一種光纖光柵土壓力傳感器(ZL201010570760.8)，采用菱形 傳力結(jié)構(gòu)技術(shù)方案，該方案在一定程度上提高了土壓力傳感器的靈敏度，但同時(shí)增加了傳 感器的厚度，造成土壓力傳感器尺寸較大；另外，該方案將光柵直接粘結(jié)在固定于菱形結(jié)構(gòu) 左、右角之間對(duì)角線的金屬?gòu)椥阅て?，因此沒(méi)有避免柵區(qū)與介質(zhì)材料直接接觸。[0008]胡志新等人(胡志新等，溫度補(bǔ)償式光纖光柵土壓力傳感器，應(yīng)用光學(xué)，2010，31，(I):110-113)提出了一種溫度補(bǔ)償式光纖光柵土壓力傳感器，選用有硬中心的平膜片作 為彈性元件，通過(guò)平膜片上的兩個(gè)固定柱將土壓力轉(zhuǎn)化為光纖光柵的波長(zhǎng)飄移，該方案解 決了柵區(qū)直接封裝帶來(lái)的弊端；但是由于承壓圓盤(pán)與圓腔殼體采取螺紋連接的方式，并非 剛性連接，長(zhǎng)期處于高土壓力狀態(tài)下，會(huì)造成連接松動(dòng)，影響傳感器精度。[0009]因此，如何減小土壓力傳感器的體積及厚徑比，增大土壓力傳感器的靈敏度，改進(jìn) 封裝工藝，使光纖光柵土壓力傳感器更好的滿(mǎn)足巖土介質(zhì)監(jiān)測(cè)要求成為目前亟需解決的問(wèn) 題。例如，土壓力傳感器埋入容易引起應(yīng)力集中，從而改變土壓力傳感器周?chē)鷰r土應(yīng)力場(chǎng)分布；因此，一般要求土壓力傳感器的厚徑比小于0.2，從而降低埋入效應(yīng)引起的周?chē)鷳?yīng)力場(chǎng) 變化，使檢測(cè)值更精確地反映巖土壓力。[0010]因此，本實(shí)用新型提出一種基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，用于土木工 程領(lǐng)域邊坡、大壩等的土壓力監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)解決土壓力傳感器體積、靈敏度以及封裝工藝等問(wèn) 題。實(shí)用新型內(nèi)容[0011](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題[0012]有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種基于雙L型梁的光纖光柵土壓力 傳感器，以解決土壓力傳感器的體積、靈敏度、封裝工藝等問(wèn)題。[0013](二)技術(shù)方案[0014]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感 器，包括:[0015]盒體1，為餅狀筒形結(jié)構(gòu)，其頂部?jī)?nèi)表面具有直接感受外界土壓力信號(hào)的一個(gè)承壓 膜片2 ；[0016]安裝于盒體I內(nèi)部的兩個(gè)支撐軸4 ；[0017]安裝于兩個(gè)支撐軸4上的兩個(gè)L型梁5，每個(gè)L型梁均具有豎直方向部分6和水平 方向部分7，兩個(gè)L型梁5的水平方向部分7相對(duì)且不接觸，使L型梁5能夠繞支撐軸4轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度；[0018]安裝于承壓膜片2與兩個(gè)水平方向部分7的端部之間的中心傳力桿3，中心傳力桿 3將承壓膜片2的縱向位移傳遞給兩個(gè)L型梁5的水平方向部分7的端部；[0019]安裝于雙L型梁5的豎直方向部分6的端部檢測(cè)土壓力信號(hào)的光纖光柵8，承壓膜 片2的縱向位移通過(guò)中心傳力桿3和兩個(gè)L型梁5被傳遞給光纖光柵8，使光纖光柵8產(chǎn)生 軸向應(yīng)變；[0020]設(shè)置于盒體I兩端部側(cè)壁的兩個(gè)弓I出小孔9，光纖光柵8的尾纖通過(guò)該兩個(gè)弓I出小 孔9被引出；[0021]安裝于盒體I底部密封和保護(hù)盒體I內(nèi)部結(jié)構(gòu)的底板10。[0022]上述方案中，所述承壓膜片2、中心傳力桿3和兩個(gè)L型梁5構(gòu)成一個(gè)縱向-橫向 位移轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)，當(dāng)受到外界土壓力時(shí)，該兩個(gè)L型梁5通過(guò)旋轉(zhuǎn)將承壓膜片2撓度傳遞給光 纖光柵8,引起該光纖光柵8發(fā)生軸向應(yīng)變。[0023]上述方案中，所述支撐軸4為階梯狀，以限制L型梁5沿支撐軸4的平動(dòng)，使L型 梁5只有一個(gè)繞支撐軸4的旋轉(zhuǎn)自由度，進(jìn)而提高該光纖光柵土壓力傳感器的穩(wěn)定性能。[0024]上述方案中，所述光纖光柵土壓力傳感器是通過(guò)改變承壓膜片2的半徑或厚度， 或者是通過(guò)改變L型梁5豎直方向部分6與水平方向部分7長(zhǎng)度的比例關(guān)系，來(lái)調(diào)整光纖 光柵土壓力傳感器的靈敏度和量程。[0025]上述方案中，所述光纖光柵土壓力傳感器的盒體1、承壓膜片2以及中心傳力桿3 為一體化設(shè)計(jì)，以保證外界土壓力所引起的承壓膜片2撓度的剛性傳遞。[0026]上述方案中，所述兩個(gè)L型梁5的豎直方向部分6的端部之間還包括一彈性材料， 該彈性材料固定兩個(gè)L型梁5的初始位置，確保兩個(gè)L型梁5的水平方向部分7與中心傳力桿3在初始條件下緊密接觸。[0027]上述方案中，所述中心傳力桿3與兩個(gè)L型梁5的水平方向部分7的端部之間還 包括一個(gè)分載梁20，且中心傳力桿3作用于該分載梁20的中心。[0028]上述方案中，所述分載梁20的中心接觸于中心傳力桿3，分載梁20的兩端部分別 接觸于一個(gè)L型梁5的水平方向部分7的端部，承壓膜片2的縱向位移依次通過(guò)中心傳力 桿3和分載梁20被傳遞至兩個(gè)L型梁5的水平方向部分7的端部。[0029]上述方案中，所述兩個(gè)L型梁5的豎直方向部分6的端部之間還包括一彈性材料， 該彈性材料固定兩個(gè)L型梁5的初始位置，確保兩個(gè)L型梁5的水平方向部分7與分載梁 20的兩端部在初始條件下緊密接觸。[0030]上述方案中，所述彈性材料是可拆卸的，其彈性模量小于光纖的彈性模量。[0031](三)有益效果[0032]從以上技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型具有以下有益效果:[0033]1、本實(shí)用新型提供的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，可以通過(guò)L型梁的 設(shè)計(jì)將縱向位移轉(zhuǎn)化為橫向位移，減小了土壓力傳感器的厚徑比和體積，以滿(mǎn)足巖土介質(zhì) 壓力監(jiān)測(cè)要求。[0034]2、本實(shí)用新型提供的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，通過(guò)雙L型梁的對(duì) 稱(chēng)布設(shè)，增大了土壓力傳感器的靈敏度；并且可以通過(guò)調(diào)節(jié)承壓膜片尺寸以及改變L型梁 水平方向部分與豎直方向部分的比例關(guān)系來(lái)調(diào)整土壓力傳感器的量程和靈敏度，以適應(yīng)不 同場(chǎng)合的監(jiān)測(cè)要求。[0035]3、本實(shí)用新型提供的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，通過(guò)雙L型梁的端 部固定光纖光柵，避免了柵區(qū)直接與介質(zhì)材料接觸所帶來(lái)的啁啾、熱穩(wěn)定性差等現(xiàn)象，改進(jìn) 了封裝工藝。


[0036]圖1是依據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器沿與 光纖平行方向的剖視圖。[0037]圖2是依據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器沿與 支撐軸平行方向的剖視圖，其中光纖所在方向與支撐軸所在方向垂直。[0038]圖3是圖1或圖2所示的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器的俯視圖。[0039]圖4是圖1所示的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器中L型梁的結(jié)構(gòu)示意圖。[0040]圖5是在圖1所示的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器的基礎(chǔ)上增加一個(gè)分 載梁的結(jié)構(gòu)圖。[0041]圖6是在圖1所示的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器的基礎(chǔ)上將兩個(gè)L型 梁傾斜固定的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
[0042]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合三個(gè)具體的實(shí) 施例，并參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。[0043]實(shí)施例一[0044]請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖2，圖1是依據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于雙L型梁的光纖光柵 土壓力傳感器沿與光纖平行方向的剖視圖，圖2是依據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于雙L 型梁的光纖光柵土壓力傳感器沿與支撐軸平行方向的剖視圖，其中光纖所在方向與支撐軸 所在方向垂直。[0045]本實(shí)用新型提供的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，包括:盒體1，為餅狀 筒形結(jié)構(gòu)，其頂部?jī)?nèi)表面具有直接感受外界土壓力信號(hào)的一個(gè)承壓膜片2 ;安裝于盒體I內(nèi) 部的兩個(gè)支撐軸4 ;安裝于兩個(gè)支撐軸4上的兩個(gè)L型梁5，每個(gè)L型梁均具有豎直方向部 分6和水平方向部分7，兩個(gè)L型梁5的水平方向部分7相對(duì)且不接觸，使L型梁5能夠繞 支撐軸4轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度；安裝于承壓膜片2與兩個(gè)水平方向部分7的端部之間的中心傳力 桿3，中心傳力桿3將承壓膜片2的縱向位移傳遞給兩個(gè)L型梁5的水平方向部分7的端 部；安裝于雙L型梁5的豎直方向部分6的端部檢測(cè)土壓力信號(hào)的光纖光柵8，承壓膜片2 的縱向位移通過(guò)中心傳力桿3和兩個(gè)L型梁5被傳遞給光纖光柵8，使光纖光柵8產(chǎn)生軸向 應(yīng)變；設(shè)置于盒體I兩端部側(cè)壁的兩個(gè)引出小孔9，光纖光柵8的尾纖通過(guò)該兩個(gè)引出小孔 9被引出；安裝于盒體I底部密封和保護(hù)盒體I內(nèi)部結(jié)構(gòu)的底板10。[0046]本實(shí)用新型提供的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器的工作原理為，當(dāng)有外 界土壓力作用于土壓力傳感器的承壓膜片2時(shí)，中心傳力桿3隨承壓膜片2的變形產(chǎn)生豎 直方向的位移，并通過(guò)L型梁5將此豎直方向位移轉(zhuǎn)化為水平方向位移，從而帶動(dòng)固定于雙 L型梁5的端部的光纖光柵8產(chǎn)生軸向應(yīng)變，引起其輸出波長(zhǎng)發(fā)生變化，通過(guò)解調(diào)設(shè)備檢測(cè) 波長(zhǎng)變化從而解調(diào)出土壓力信號(hào)。[0047]承壓膜片2、中心傳力桿3和兩個(gè)L型梁5構(gòu)成一個(gè)縱向-橫向位移轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)，當(dāng) 受到外界土壓力時(shí)，該兩個(gè)L型梁5通過(guò)旋轉(zhuǎn)將承壓膜片2撓度傳遞給光纖光柵8，引起該 光纖光柵8發(fā)生軸向應(yīng)變。[0048]本實(shí)用新型提供的光纖光柵土壓力傳感器是通過(guò)改變承壓膜片2的半徑或厚度， 或者是通過(guò)改變L型梁5豎直方向部分6與水平方向部分7長(zhǎng)度的比例關(guān)系，來(lái)調(diào)整光纖 光柵土壓力傳感器的靈敏度和量程。[0049]參照?qǐng)D1、圖2和圖3，本實(shí)用新型提供的光纖光柵土壓力傳感器的盒體1、承壓膜 片2以及中心傳力桿3為一體化設(shè)計(jì)，以保證外界土壓力所引起的承壓膜片2撓度的剛性 傳遞。[0050]支撐軸4為階梯狀，以限制L型梁5沿支撐軸4的平動(dòng)，使L型梁5只有一個(gè)繞支 撐軸4的旋轉(zhuǎn)自由度，進(jìn)而提高該光纖光柵土壓力傳感器的穩(wěn)定性能。[0051]雙L型梁5水平方向部分7與豎直方向部分6的轉(zhuǎn)折處存在一小孔11，用于穿過(guò) 支撐軸4的第三臺(tái)階14部分，并繞支撐軸4的第三臺(tái)階14旋轉(zhuǎn)，將縱向位移轉(zhuǎn)化為橫向位 移。[0052]請(qǐng)參照?qǐng)D2，支撐軸4為階梯狀，包含有第一臺(tái)階12，第二臺(tái)階13，第三臺(tái)階14;第 一臺(tái)階12通過(guò)螺紋與盒體I側(cè)壁連接；第二臺(tái)階13，用于限制雙L型梁5在水平方向的移 動(dòng)；第三臺(tái)階14，用于穿過(guò)雙L型梁5上的小孔11，起支撐作用；。[0053]支撐軸4的第三臺(tái)階14的端部設(shè)有螺母15，與第二臺(tái)階13配合，以限制雙L型梁 5在水平方向的移動(dòng)。[0054]本實(shí)用新型提供的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器可以通過(guò)改變承壓膜片直徑、厚度，或改變L型梁水平方向部分7和豎直方向部分6的比例關(guān)系，從而調(diào)整土壓 力傳感器的量程和靈敏度。[0055]請(qǐng)參照?qǐng)D4，雙L型梁豎直方向部分6的端部開(kāi)設(shè)有凹槽16，用于固定光纖光柵8。[0056]盒體I側(cè)壁的引出小孔9中進(jìn)一步安裝有酒杯環(huán)17，用于保護(hù)尾纖引出。[0057]底板10通過(guò)螺紋與盒體I的端部連接，并涂密封膠輔助，以增強(qiáng)密封效果。[0058]底板10包含兩個(gè)小孔18，以便于順利安裝，將底板10與盒體I擰緊。[0059]通過(guò)上面的描述可以看出，本實(shí)用新型提供的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳 感器通過(guò)餅狀圓筒形盒體I內(nèi)包含的雙L型梁5等元件，有效降低了土壓力傳感器的厚徑 t匕，使其滿(mǎn)足巖土介質(zhì)監(jiān)測(cè)要求。[0060]雙L型梁5的對(duì)稱(chēng)布設(shè)，使土壓力傳感器靈敏度有所增加，并避免了光纖光柵與介 質(zhì)材料直接接觸，有效克服了柵區(qū)粘結(jié)帶來(lái)的啁啾等問(wèn)題，改進(jìn)了封裝工藝。[0061]實(shí)施例二[0062]基于圖1至圖4所示的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，圖5示出了在圖1所示的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器的基礎(chǔ)上增加一個(gè)分載梁的結(jié)構(gòu)圖。分載 梁20布設(shè)于中心傳力桿3與兩個(gè)L型梁5的水平方向部分7的端部之間，且中心傳力桿3 作用于該分載梁20的中心。所述分載梁20的中心接觸于中心傳力桿3，分載梁20的兩端 部分別接觸于一個(gè)L型梁5的水平方向部分7的端部，承壓膜片2的縱向位移依次通過(guò)中 心傳力桿3和分載梁20被傳遞至兩個(gè)L型梁5的水平方向部分7的端部。[0063]請(qǐng)參照?qǐng)D5，該基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器包括:盒體1，其為餅狀筒形 結(jié)構(gòu)，具有承壓膜片2，用于直接感受外界土壓力信號(hào)；中心傳力桿3，用于傳遞承壓膜片2 的縱向位移，并作用于分載梁20的中心；[0064]固定于中心傳力桿3的分載梁20，用于將承壓膜片2的縱向位移傳遞到L型梁5 的水平方向部分7，并減小L型梁5水平方向部分7的有效旋轉(zhuǎn)半徑，以提高傳感器的靈敏 度；光纖光柵8，固定于雙L型梁5豎直方向部分6的端部，用于檢測(cè)土壓力信號(hào)；引出小孔 9，用于引出光纖光柵8尾纖至土壓力傳感器外部；安裝于盒體I側(cè)壁的支撐軸4，用于支撐 L型梁5，并作為旋轉(zhuǎn)軸；雙L型梁5，用于將承壓膜片2的縱向位移轉(zhuǎn)化為橫向位移，并傳 遞給光纖光柵8，使光纖光柵8產(chǎn)生軸向應(yīng)變；安裝于盒體I端部的底板10，用于密封土壓 力傳感器，保護(hù)土壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。[0065]分載梁20的中心與中心傳力桿3固定，固定方式為焊接或膠粘；其兩端分別與雙 L型梁5的水平方向部分7接觸。[0066]分載梁20為一剛性的結(jié)構(gòu)，完全傳遞中心傳力桿3的變形撓度。在本實(shí)施例中， 分載梁20由金屬材料加工而成。[0067]本實(shí)用新型提供的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器的工作原理與實(shí)施例 一基本相同，當(dāng)有外界土壓力作用于土壓力傳感器的承壓膜片2時(shí)，中心傳力桿3隨承壓膜 片2的變形產(chǎn)生豎直方向的位移，并通過(guò)分載梁20將該豎直方向位移傳遞到L型梁5水平 方向部分7，引起L型梁旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)豎直方向位移向水平方向位移的轉(zhuǎn)化，從而帶動(dòng)固定于 雙L型梁5的豎直方向部分6端部的光纖光柵8產(chǎn)生軸向應(yīng)變，引起其輸出波長(zhǎng)發(fā)生變化， 通過(guò)解調(diào)設(shè)備檢測(cè)波長(zhǎng)變化從而解調(diào)出土壓力信號(hào)。[0068]雙L型梁5水平方向部分7與豎直方向部分6的轉(zhuǎn)折處存在一小孔11，用于穿過(guò)支撐軸4的第三臺(tái)階14部分，并繞支撐軸4的第三臺(tái)階14旋轉(zhuǎn)，將縱向位移轉(zhuǎn)化為橫向位 移。[0069]請(qǐng)參照?qǐng)D2、圖3和圖4，支撐軸4與實(shí)施例一相同，為階梯狀，包含有第一臺(tái)階12， 第二臺(tái)階13，第三臺(tái)階14 ;通過(guò)第二臺(tái)階13與安裝于支撐軸4的第三臺(tái)階14端部的螺母 15協(xié)同作用，以限制雙L型梁5在水平方向的移動(dòng)。[0070]本實(shí)用新型提供的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器提高靈敏度的方法為， 通過(guò)分載梁20的安裝，減小L型梁5水平方向部分7的有效旋轉(zhuǎn)半徑，進(jìn)而減小L型梁5 水平方向部分7有效旋轉(zhuǎn)半徑和豎直方向部分6有效旋轉(zhuǎn)半徑的比例關(guān)系，提高傳感器靈 敏度。[0071]盒體I側(cè)壁的引出小孔9中進(jìn)一步安裝有酒杯環(huán)17，用于保護(hù)尾纖引出。[0072]底板10通過(guò)螺紋與盒體I的端部連接，并涂密封膠輔助，以增強(qiáng)密封效果。[0073]底板10包含兩個(gè)小孔18，以便于順利安裝，將底板10與盒體I擰緊。[0074]本實(shí)施例減小土壓力傳感器厚徑比、調(diào)整土壓力傳感器量程以及改善封裝工藝的 方法和思路同實(shí)施例一。[0075]實(shí)施例三[0076]請(qǐng)參照?qǐng)D6，圖2 4，該基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器包括:盒體1，其 為餅狀筒形結(jié)構(gòu)，具有承壓膜片2，用于直接感受外界土壓力信號(hào)；中心傳力桿3，用于傳遞 承壓膜片2的縱向位移，并作用于L型梁5水平方向部分7的端部；光纖光柵8，固定于雙L 型梁5豎直方向部分6的端部，用于檢測(cè)土壓力信號(hào)；引出小孔9，用于引出光纖光柵8尾 纖至土壓力傳感器外部；安裝于盒體I側(cè)壁的支撐軸4，用于支撐L型梁5，并作為旋轉(zhuǎn)軸； 雙L型梁5，用于將承壓膜片2的縱向位移轉(zhuǎn)化為橫向位移，并傳遞給光纖光柵8，使光纖光 柵8產(chǎn)生軸向應(yīng)變；安裝于盒體I端部的底板10，用于密封土壓力傳感器，保護(hù)土壓力傳感 器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。[0077]本實(shí)施例中，土壓力傳感器工作原理、減小土壓力傳感器厚徑比、調(diào)整土壓力傳感 器量程的方法與實(shí)施例一相同。所不同的是，為了使土壓力傳感器的測(cè)試穩(wěn)定性和線性度 得到提高，需要改進(jìn)中心傳力桿3與L型梁5水平方向部分7之間的接觸關(guān)系。本實(shí)用新 型中，L型梁5的尺寸很小，并且L型梁5水平方向部分7的有效旋轉(zhuǎn)半徑越小，傳感器的 靈敏度就越高。因此當(dāng)L型梁5水平方向部分7與中心傳力桿3之間為面接觸時(shí)，隨著土 壓力傳感器的服役，土壓力使L型梁5水平方向部分7的有效旋轉(zhuǎn)半徑不斷發(fā)生微小改變， 旋轉(zhuǎn)半徑的微小變化會(huì)降低土壓力傳感器的穩(wěn)定性能和線性度。[0078]鑒于此,封裝過(guò)程中可以將實(shí)施例一中的L型梁5旋轉(zhuǎn)一個(gè)小角度，使L型梁5水 平方向部分7傾斜，確保L型梁5水平方向部分7的端部與中心傳力桿3之間為點(diǎn)接觸或 線接觸，并能保持一定行程。這樣，L型梁5水平方向部分7的有效旋轉(zhuǎn)半徑在一定行程內(nèi) 不會(huì)發(fā)生改變，以提高土壓力傳感器的穩(wěn)定性能和線性度。[0079]此外，本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案并不受限于上述三個(gè)實(shí)施例。例如，雙L型梁 5豎直方向部分6的端部之間可以安裝拆卸方便彈性材料，用于固定雙L型梁5的初始位 置，確保水平方向部分7與中心傳力桿3在初始條件下緊密接觸。彈性材料可以選擇可拆 卸的，其彈性模量小于光纖的彈性模量。該彈性材料也可以采用低彈性模量材料代替(遠(yuǎn) 小于光纖彈性模量)，這樣，土壓力傳感器封裝完畢后，可不必拆卸此彈性材料，而由此引起的光纖光柵8的變形可忽略不計(jì)。[0080]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一 步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本 實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包 含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，包括:盒體(I)，為餅狀筒形結(jié)構(gòu)，其頂部?jī)?nèi)表面具有直接感受外界土壓力信號(hào)的一個(gè)承壓膜片⑵；安裝于盒體(I)內(nèi)部的兩個(gè)支撐軸(4)；安裝于兩個(gè)支撐軸(4)上的兩個(gè)L型梁(5)，每個(gè)L型梁均具有豎直方向部分(6)和水平方向部分(7)，兩個(gè)L型梁(5)的水平方向部分(7)相對(duì)且不接觸，使L型梁(5)能夠繞支撐軸(4)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度；安裝于承壓膜片(2)與兩個(gè)水平方向部分(7)的端部之間的中心傳力桿(3)，中心傳力桿⑶將承壓膜片⑵的縱向位移傳遞給兩個(gè)L型梁(5)的水平方向部分(7)的端部；安裝于雙L型梁(5)的豎直方向部分(6)的端部檢測(cè)土壓力信號(hào)的光纖光柵(8)，承壓膜片(2)的縱向位移通過(guò)中心傳力桿(3)和兩個(gè)L型梁(5)被傳遞給光纖光柵(8)，使光纖光柵⑶產(chǎn)生軸向應(yīng)變；設(shè)置于盒體(I)兩端部側(cè)壁的兩個(gè)引出小孔(9)，光纖光柵(8)的尾纖通過(guò)該兩個(gè)引出小孔(9)被引出；安裝于盒體(I)底部密封和保護(hù)盒體(I)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的底板(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，所述承壓膜片(2)、中心傳力桿(3)和兩個(gè)L型梁(5)構(gòu)成一個(gè)縱向-橫向位移轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)，當(dāng)受到外界土壓力時(shí)，該兩個(gè)L型梁(5)通過(guò)旋轉(zhuǎn)將承壓膜片(2)撓度傳遞給光纖光柵(8)，引起該光纖光柵(8)發(fā)生軸向應(yīng)變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，所述支撐軸(4)為階梯狀，以限制L型梁(5)沿支撐軸(4)的平動(dòng)，使L型梁(5)只有一個(gè)繞支撐軸(4)的旋轉(zhuǎn)自由度，進(jìn)而提高該光纖光柵土壓力傳感器的穩(wěn)定性能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，所述光纖光柵土壓力傳感器的盒體(I)、承壓膜片(2)以及中心傳力桿(3)為一體化設(shè)計(jì)，以保證外界土壓力所引起的承壓膜片(2)撓度的剛性傳遞。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，所述兩個(gè)L型梁(5)的豎直方向部分(6)的端部之間還包括一彈性材料，該彈性材料固定兩個(gè)L 型梁(5)的初始位置，確保兩個(gè)L型梁(5)的水平方向部分(7)與中心傳力桿(3)在初始條件下緊密接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，所述中心傳力桿(3)與兩個(gè)L型梁(5)的水平方向部分(7)的端部之間還包括一個(gè)分載梁(20)， 且中心傳力桿(3)作用于該分載梁(20)的中心。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，所述分載梁(20)的中心接觸于中心傳力桿(3)，分載梁(20)的兩端部分別接觸于一個(gè)L型梁(5) 的水平方向部分(7)的端部，承壓膜片(2)的縱向位移依次通過(guò)中心傳力桿(3)和分載梁(20)被傳遞至兩個(gè)L型梁 (5)的水平方向部分(7)的端部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，所述兩個(gè)L型梁(5)的豎直方向部分￠)的端部之間還包括一彈性材料，該彈性材料固定兩個(gè) L型梁(5)的初始位置，確保兩個(gè)L型梁(5)的水平方向部分(7)與分載梁(20)的兩端部在初始條件下緊S接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或8所述的基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，所述彈性材料是可拆卸的，其彈性模量小于光纖的 彈性模量。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，包括盒體，為餅狀筒形結(jié)構(gòu)，其頂部?jī)?nèi)表面具有直接感受外界土壓力信號(hào)的一個(gè)承壓膜片；安裝于盒體內(nèi)部的兩個(gè)支撐軸；安裝于兩個(gè)支撐軸上的兩個(gè)L型梁，每個(gè)L型梁均具有豎直方向部分和水平方向部分；安裝于承壓膜片與兩個(gè)水平方向部分的端部之間的中心傳力桿；安裝于雙L型梁的豎直方向部分的端部檢測(cè)土壓力信號(hào)的光纖光柵，承壓膜片的縱向位移通過(guò)中心傳力桿和兩個(gè)L型梁被傳遞給光纖光柵，使光纖光柵產(chǎn)生軸向應(yīng)變；設(shè)置于盒體兩端部側(cè)壁的兩個(gè)引出小孔；安裝于盒體底部密封和保護(hù)盒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的底板。本實(shí)用新型解決了土壓力傳感器的體積、靈敏度、封裝工藝等問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01L1/24GK202974522SQ20122057257
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者張文濤, 李峰, 杜彥良, 李芳 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所