[实用新型]一种三维光纤光栅传感器

说明书

（一）   技术领域 

    本发明属于地质，深部矿产及地下岩土工程勘察勘测技术领域，具体涉及一种用于测量地应力的三维光纤光栅传感器。

（二）   背景技术 

目前，空心包体应变计是国内外普遍采用，发展较为成熟的一种地应力的测量装置，而随着社会的发展，高分辨率，高安全性，长距离在线监测的需求日益显现。

（三）   发明内容 

    本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种三维光纤光栅传感器，该传感器大大的满足了高安全性，高分别率在线监测的需要。

本发明是通过如下技术方案实现的： 

一种三维光纤光栅传感器，包括导向头，该导向头后面设置胶筒，其特殊之处在于：该胶筒与光纤光栅粘结管连接，该光纤光栅粘结管上设置若干光纤光栅簇，该光纤光栅簇置于同等圆周上且与光缆连接。

本发明的三维光纤光栅传感器，光纤光栅簇等间距嵌埋在光纤光栅粘结管上。 

本发明的三维光纤光栅传感器，每个光纤光栅簇有三根光纤光栅，这三根光纤光栅分别与水平方向夹角为0°，45°，90°，光纤光栅簇与光缆的熔点放置于热缩套管存放管中，该热缩套管存放管位于光纤光栅粘结管的后面。 

本发明的三维光纤光栅传感器，导向头通过引胶棒与胶筒连接。 

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明传感器高分辨率，由于采用光信号解调能够达到0.01Mpa的分辨率，比现有电子式的0.1Mpa高；本质安全，由于光纤是非导电物质，因此本质安全；可实现长距离的在线监测，因为光纤的传输损耗很小，可以做到几十公里的在线监测。 

（四）   附图说明 

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图1为本发明的结构示意图； 

附图2为本发明的光栅簇在光纤光栅粘接管上的分布示意图；

附图3为本发明的光纤光栅簇中光纤光栅的分布示意图；

图中：1导向头， 2出胶孔，3引胶棒， 4胶筒， 5连接头A, 6光纤光栅粘接管,7热缩套管存放管,8密封圈A, 9安装连接杆,10尾部端盖,11连接头B, 12固定销,13密封圈B,14光栅簇,15光纤光栅, 16光缆,17为凹端紧定螺钉。

（五）   具体实施方式 

附图为本发明的一种具体实施例。该实施例包括导向头1，引胶棒3，胶筒4（胶筒4上设置固定销12），光纤光栅粘接管6，热缩套管存放管7，光纤光栅等部件，导向头1的后面设置出胶孔2，该出胶孔2与引胶棒3，胶筒4连通，出胶孔2下面设置密封圈B13，胶筒4，光纤光栅粘接管6，热缩套管存放管7依次通过连接头A5, 连接头B11相连，热缩套管存放管7尾部设置密封圈A8，安装连接杆9、光缆16从热缩套管存放管7尾部进入该管内。光纤光栅通过环氧树脂胶固化在光纤光栅粘接管6中，光纤光栅共9根，分为三个簇，每个簇有三根光纤光栅，每个簇等间隔均匀分布在光纤光栅粘接管的表面，每个簇的相隔120°，如图2所示，这三个光纤光栅分别与水平方向夹角为0°，45°，90°，如图3所示，并保证光纤光栅粘接在同一个直径上，这样做的好处是保证测量精度，减小误差，同时将光纤光栅两端的光纤穿入壳内中穿过连接头并与穿入尾部端盖10的光缆16熔接，熔点固定于热缩套管存放管7中，光缆通过尾部端盖上的凹端紧定螺钉17锁住。

所述的三维光纤光栅传感器包括应变测量部分，储胶部分及熔点存放部分，及安装连接四个部分组成。 

应变测量部分，光纤光栅采用环氧树脂灌封，分为三个光纤光栅簇，光纤光栅簇沿圆周方向每隔120°，每个光纤光栅簇中光纤光栅与水平方向的夹角分别为0°，45°，90°，光纤光栅两端的光纤从环氧树脂胶筒表面穿入内壁与穿入尾部端盖的光缆熔接所用。 

对于岩层中的应力大致可以分为主应力和剪应力，主应力有三个分量，剪应 

力也有三个分量分别记为 。

是第根光纤光栅所测量到的应变。至是前置系数，是已知量， 是岩石弹性模量，由于传感器上的九根光栅能够测得9组应变值，根据上式可知，可以获得9个方程组，至少可以得到6个独立的六元一次方程，可以解出未知数。