[发明专利]一种大量程光纤光栅位移传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种位移传感器，具体地说是一种大量程光纤光栅位移传感器，特别适用于高等级公路软基沉降监测。

背景技术

软土地基的形变和稳定是软基筑路工程的两个关键性的问题，也是软基处理的主题，它们与土的应力、应变以及施工时加荷速率有着密切的关系。为了确保路基在施工过程中的安全稳定及准确预测工后沉降，应在工程全线选定具有代表性的特殊断面和一般断面进行软基监测，定量测定地基的应力和应变系数，以便动态地控制加载速率，监控并指导全线路堤填筑的施工，并为控制各类土层的固结状况和有效固结深度积累资料。因此对软基进行监测是一项必不可少的关键性工作。

我国高速公路软基监测当前主要采用埋入式沉降标、测斜仪、孔隙水压计等进行监测，但是这些监测仪器的自动化程度及可靠性低、数据不及时、测量精度低，影响软基监测的效果和工后沉降的预测，不利于信息化施工。

自1989年Meltz等人应用全息侧写技术成功制成光纤光栅以来，光纤光栅由于其优异性能，在传感技术领域倍受青睐。光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。

采用光纤光栅原理的位移计称为光纤光栅位移计，简称FBG位移计(FBG是FiberBragg Grating的缩写，即光纤布拉格光栅)，FBG位移计有着监测灵敏度高、能实时在线监测软基沉降等优点。但目前其监测的的缺陷在于其监测的量程很有限，国内如北京基康公司所生产的FBG位移计，量程在20cm以内，能满足桥梁、隧道、大坝等领域的位移监测，而高等级公路软基沉降值远超出此量程，所以必须开发适合软基沉降监测的大量程位移计来满足监测要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种应用光纤光栅技术制成的光纤光栅传感器，本发明的光纤光栅传感器可以满足大量程位移监测的要求，同时又很好的利用来了光纤光栅在传感技术领域的优异性能，从而解决了现有技术中FBG传感器监测量程有限这一问题。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：

一种大量程光纤光栅位移传感器，包括套筒，位于套筒上方的沉降盘下表面与滑动连杆的上端固定连接，滑动连杆下端伸入套筒内，套筒内沿套筒轴线方向依次套装两个以上的FBG传感器，所述两个以上的FBG传感器外部保护层的外径与套筒的内径相匹配，各FBG传感器之间通过弹簧连接，位于套筒上部的第一FBG传感器的外部保护层与套筒内壁紧固，位于第一FBG传感器下方的各FBG传感器的外部保护层与套筒的内壁均为滑动配合；第一FBG传感器的顶端与滑动连杆的下端固定连接，位于套筒下部的第n FBG传感器的底端通过第n弹簧与刚性测杆的顶端固定连接，刚性测杆的底端伸出套筒的底部并与注浆锚头固定连接，所述滑动连杆、各FBG传感器、各弹簧、刚性测杆、注浆锚头与套筒共轴线，所述沉降盘的上下表面与套筒的轴线垂直，各FBG传感器通过光缆依次串接后与光纤光栅调解仪连接。

所述沉降盘为上下表面均为平面的圆形盘或椭圆形盘或平滑曲线盘。

所述沉降盘为直径大于或等于50cm的圆盘。

所述FBG传感器通过刚性金属杆或金属连接座与弹簧连接。

所述各弹簧的量程范围为20-25cm。

所述各FBG传感器的中心波长的差值均在1nm以上，各FBG传感器为同厂家同型号FBG传感器。

所述刚性测杆为多截连接杆。

所述套筒的内壁有润滑涂层。

本发明的有益效果在于：

1、本发明中，由于将监测目标的位移量直接转化于多个弹簧的伸缩，这可以减少加载到光纤光栅上的应变量，从而可以扩大光纤光栅位移传感器的量程监测范围，对于软基表面较大位移的变化，可以准确的进行大量程的测量，灵敏度高，结构简单。

2、可根据软基沉降量的大小，选择多个FBG传感器进行串接封装。

3、与常规的监测方式相比，采用本发明的位移传感器得到的监测数据克服了常规监测的数据漂移较大的缺陷，监测数据的结果没有出现数据的上下反复漂移，误差数据少，监测数据稳定，精度高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2为采用本发明进行监测得到的监测数据与常规沉降板监测数据曲线的比较。