[实用新型]一种活塞式水银光纤Bragg光栅倾角传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种活塞式水银光纤Bragg光栅倾角传感器，属于光电子测量技术领域。

背景技术

我国是一个多山的国家，山地约占全国总面积的2/3，是世界上滑坡频繁的国家之一。滑坡活动与滑坡体的组成物质、力学性能、形态、层状、软弱面、结构面等因素有关，机制较为复杂。

边坡内部位移监测一直是岩土工程界关注的重要课题。传统的移动式、固定式倾角传感器已经广泛应用于边坡内部位移的监测中，但传统倾角传感器存在较大的不足，如数据采集仪器会出现漂移误差，测斜仪导轮磨损、偏移等会带来误差。活塞式水银光纤Bragg光栅倾角传感器具有抗电磁干扰、动态范围宽、灵敏度高、便于组网、远距离和长期性要求，可实现分布式测量等优点，为解决上述关键问题提供了良好的技术手段。

通过采用活塞式水银光纤Bragg光栅倾角传感器对边坡倾角进行实时在线监测时，需要考虑活塞式水银光纤Bragg光栅倾角传感器的构成，及如何安装来实现测量时对光纤的保护问题。

发明内容

本实用新型提供了一种活塞式水银光纤Bragg光栅倾角传感器，以用于解决对边坡倾斜实时在线检测时光纤Bragg光栅倾角传感器的结构、安装的问题。

本实用新型的技术方案是：一种活塞式水银光纤Bragg光栅倾角传感器，包括水银柱金属壳1、水银2、水银柱支撑架3、外壳4、光纤引出孔5、导出光纤6、传压活塞7、传力杆8、光纤Bragg光栅9、等强度悬臂梁10、悬臂梁支撑柱11、底座12；其中水银2填充满水银柱金属壳1内，水银2通过传压活塞7密闭于水银柱金属壳1，水银柱金属壳1由水银柱支撑架3固定在外壳4内，外壳4焊接在底座12上方，传压活塞7下端连接传力杆8的上端，传力杆8的下端连接等强度悬臂梁10的自由端，光纤Bragg光栅9粘贴在等强度悬臂梁10上下两壁，等强度悬臂梁10右端固定于悬臂梁支撑柱11上，导出光纤6通过光纤引出孔5引出并与外接光缆相连接，光纤引出孔5用环氧树脂封闭，悬臂梁支撑柱11焊接在外壳4内的底部。

所述粘贴在等强度悬臂梁10上下两壁的两根光纤Bragg光栅应采用同一型号的光敏光纤制成。

本实用新型的工作原理是：

当倾角传感器所测对象的倾角发生变化时，水银2在水银柱金属壳1内的有效长度（有效长度=L·cos                                               ）将发生改变，水银2对传压活塞7的压力将相应改变，传压活塞7通过传力杆8把水银的压力传递给等强度悬臂梁10自由端，带动粘贴在等强度悬臂梁10上下两壁的光纤Bragg光栅9拉伸和压缩（上壁的光纤Bragg光栅拉伸，下壁的光纤Bragg光栅压缩）将被测对象倾角的检测转化为对光纤Bragg光栅波长的调制，光纤Bragg光栅9的差动式粘贴有助于抵消环境温度的影响，光纤Bragg光栅9的导出光纤6通过光纤引出孔5引出并与外接光缆相连接，构成活塞式水银光纤Bragg光栅倾角传感器。

本实用新型的数学模型分析如下：

水银2对传压活塞7所施加的压强P是：

                                                  （1）

式中，为水银的密度，g为重力系数，L为水银柱的长度，为传感器的倾斜角。

传压活塞7通过传力杆8传递给等强度悬臂梁10自由端的压力F是：

F=P·S                                                            （2）

式中，S为传压活塞7和水银2接触面的面积。

等强度悬臂梁10各点的应变为：

                                               （3）

式中，l为等强度悬臂梁8的工作长度，h为等强度悬臂梁10的厚度，B为等强度悬臂梁10固定端的宽度，E为等强度悬臂梁10的弹性模量。

把（1）（2）式带入（3）式得： 

                                             （4）