[发明专利]光纤光栅水土界面传感器及其制作安装方法

权利要求书

1.光纤光栅水土界面传感器，其特征在于：包括固定架和测压管；固定架包括保护段（1）和锚固段（2），锚固段（2）固定在保护段（1）的底端；锚固段（2）顶面周向开有固定槽（21），用于在光纤光栅水土界面传感器安装时固定钢护筒，保护段（1）在固定槽（21）范围之内；测压管包括测压管管身（3）、透水板（32）和若干个相同的光纤光栅传感探头（31），并设有注水口（33）；透水板（32）固定在测压管管身（3）的一个侧面，其他三侧沿纵向分别布置若干个相同的光纤光栅传感探头（31），注水口（33）焊接在测压管管身（3）的顶端；测压管固定在固定架的保护段（1）内。

2.根据权利要求1所述的光纤光栅水土界面传感器，其特征在于：所述注水口（33）可密封。

3.根据权利要求1所述的光纤光栅水土界面传感器，其特征在于：所述光纤光栅传感探头（31）为单膜式传感探头或双膜式传感探头。

4.根据权利要求3所述的光纤光栅水土界面传感器，其特征在于：所述单膜式传感探头包括面板（3110）、背环（3111）、测压膜（3112）、防水膜（3113）、刻写在光纤导线（314）上的光纤光栅（313）、第一螺母（3114）和第二螺母（3115）；光纤导线（314）的一端与光纤光栅（313）相连，另一端从背环（3111）中引出；光纤光栅（313）粘接在测压膜（3112）和防水膜（3113）内侧的中间部位；面板（3110）上开有一圆洞，圆洞面积为面板（3110）面积的1/2~4/5，背环（3111）为金属环片，背环（3111）的内直径与圆洞内直径相同，测压膜（3112）和防水膜（3113）固定在面板（3110）与背环（3111）之间，面板（3110）与背环（3111）通过第一螺母（3114）固定连接，单膜式传感探头通过第二螺母（3115）固定在测压管管身（3）上。

5.根据权利要求3所述的光纤光栅水土界面传感器，其特征在于：所述双膜式传感探头包括两个完全相同的传压部件和一个传感部件，传压部件包括受压壳（3120）、内膜（3123）和硅油（3122）；受压壳（3120）为一次成型的金属盖，受压壳（3120）的盖面作为外膜，受压壳（3120）内壁侧面靠近封闭端开有一圈凹槽，内膜（3123）焊接在该凹槽外边缘；硅油（3122）填充在内膜（3123）和受压壳（3120）封闭端之间；传感部件包括传压片（3124）、等强度悬臂梁（3125）、支座（3126）、光纤光栅（313）和光纤导线（314）；等强度悬臂梁（3125）窄端插入传压片（3124）中，宽端上下表面分别粘有相同的两个支座（3126），中部上下表面分别粘有光纤光栅（313）；光纤导线（314）一端与光纤光栅（313）相连，另一端从与上述光纤光栅（313）同侧的支座（3126）和受压壳（3120）中引出；传感部件位于两个完全相同的传压部件中部，将两个完全相同的传压部件和传感部件压合封装形成双膜式传感探头。

6.一种基于权利要求1所述的光纤光栅水土界面传感器的制作安装方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

a1、制作固定架；

a2、制作测压管管身（3），安装透水板（32）；

a3、制作光纤光栅传感探头（31），安装到测压管管身（3）上；

a4、将测压管装到固定架保护段（1）内，顶部用螺栓固定；

a5、将钢护筒套在固定架保护段（1）外，底端卡入锚固段（2）的固定槽（21）中；

a6、将钢护筒连同光纤光栅水土界面传感器一同立置于监测点；

a7、锤击钢护筒，使钢护筒带动光纤光栅水土界面传感器插入土中，直至光纤光栅水土界面传感器的大部分在水土界面以下、小部分在水土界面以上的位置，然后缓缓提起钢护筒，使水下泥沙逐渐充填空隙，并与测压管接触，完成光纤光栅水土界面传感器最终的安装；如果安装位置附近有水下结构，也可将固定架安装在水下结构表面。

7.根据权利要求6所述的光纤光栅水土界面传感器的制作安装方法，其特征在于：所述光纤光栅传感探头（31）的制作方法，包括单膜式传感探头的制作方法和双膜式传感探头的制作方法。