[实用新型]一种高灵敏度光纤光栅土压力计

说明书

技术领域

    本实用新型涉及一种具有温度自补偿功能的高灵敏度光纤光栅土压力计，特别是一种可用于地质力学模型试验与土木工程中，对岩体和土体等固体介质中的土压力的变化规律进行实时、准分布式监测的土压力计。

背景技术

    在填土、路基、堤坝、灰坝、软基等土木工程以及地质力学模型试验中，岩体或土体等固体介质压力是重要工程参数。目前土压力参数的测量多采用膜片结构，且大多使用电阻应变式、振弦式等电类土压力传感器，该类基于电信号的传感器精度低，易受电磁干扰，防水性能差，长期使用稳定性差，且不易组网进行以分布式场参数的监测。

光纤光栅是一种对温度和应变敏感的光学无源器件，它灵敏度高、响应速度快、动态范围宽、重量轻、结构灵活、抗腐蚀、耐高温、抗电磁干扰、防水性能好、且无电火花隐患可在易燃易爆等恶劣环境中工作，同时，光纤光栅传感器采用波长编码，不受传输过程中强度信号影响，稳定性好，抗干扰能力强；并且便于构成光纤传感网络实现准分布式测量。基于光纤光栅的土压力传感器，其关键在于通过某种结构将沿光纤光栅径向的土压力转化为光纤光栅轴向的应变，现有的光纤光栅土压力传感器在解决该问题时多采用膜片与悬臂梁或简支梁相结合的方式，或者采用与这类结构原理相同的构造，将膜片中心的位移转换为梁的表面应变，这种方式会导致光纤在应力下产生弯曲或受力不均，产生光强损耗甚至啁啾现象，并且灵敏度低，无法满足工程及试验中高灵敏度测量的需求。 

实用新型内容

基于上述分析，本实用新型提供一种测量灵敏度高，稳定性好，抗干扰能力强，防水性能好，可实现多点实时准分布式监测，且不会造成光栅受力不均而对测量结果产生影响的高灵敏度光纤光栅土压力计。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种高灵敏度光纤光栅土压力计，包括外壳、压力敏感部件、压力测量部件和固定盘,所述的压力敏感部件、压力测量部件、固定盘设于保护壳体内，所述的壳体的上端设有承压盘，壳体壁上有两组过孔；所述的压力敏感部件包括波纹膜片、传力杆，所述的波纹膜片横向穿过传力杆,且波纹膜片的两端与壳体刚性连接，传力杆一端与固定盘连接，另一端与承压盘中心连接；所述的压力测量部件包括轴承、钢丝、测量光栅和光纤，所述的轴承的中心轴穿过壳体壁的一组过孔，所述的光纤的两端穿过壳体壁上的另一组过孔，测量光栅刻制于光纤上，测量光栅一端与钢丝连接，另一端固定于光纤引出孔上，所述的钢丝绕过轴承与固定盘连接。

所述壳体为圆柱腔体,壳体的下端设有圆盘端盖，所述的波纹膜片的两端通过环形紧固圈与壳体刚性连接，所述的测量光栅一端与钢丝通过胶体连接。

所述承压盘中心部分向内侧突出，承压盘的突出部分设有与传力杆配合的盲孔螺纹.

所述轴承设有用于放置钢丝的凹槽，轴承的中心轴固定于壳体上，所述的固定盘中心也有与传力杆配合的盲孔螺纹，固定盘边缘开有用于固定钢丝的凹槽；所述的钢丝绕过微型轴承粘接在固定盘的凹槽内。 

所述传力杆两端直径小于中部直径，且两端均带有螺纹。

所述的波纹膜片圆心设有过孔，过孔内径与传力杆螺纹端外径匹配，且小于传力杆中部直径。

所述的承压盘、波纹膜片、固定盘三者同心。 

所述的两组过孔的中心线相互垂直，且两组过孔的中心线相对于壳体中心线偏心设置，所述的轴承是微型轴承。 

装置还包括环形紧固圈，所述的环形紧固圈与外壳螺纹连接，所述的环形紧固圈与承压盘之间设有橡胶密封圈。

装置还包括温补光栅，温补光栅与侧量光栅为同一条光纤上刻制的两个光栅，两光栅相串联，所述的温补光栅两端连接到固定于壳体侧壁上，温补光栅呈弯曲状，且与测量光栅分布在中心轴的两侧。

本实用新型的高灵敏度光纤光栅土压力计，包括壳体，壳体侧壁开有两组过孔，一组用于安装带有微型轴承的钢杆，另一组用于引出光纤。壳体一端连接圆盘端盖，另一端通过环形紧固圈与波纹膜片刚性连接。带有螺纹的传力杆穿过波纹膜片中心的过孔与承压圆盘中心固定，传力杆的另一端连接边缘开有凹槽的固定盘。测量光栅与温补光栅串联，钢丝一端与两光栅之间的光纤胶接，另一端绕过带有凹槽的微型轴承胶接在固定盘的凹槽内。温补光栅两端固定在置于壳体侧壁的温补光栅固定座上，两座之间光纤微弯。环形紧固圈与承压盘之间设有橡胶密封圈，光纤从壳体壁两侧的光纤引出孔中引出。