一種活塞式水銀光纖Bragg光柵傾角傳感器及其使用方法
【專利摘要】本發明涉及一種活塞式水銀光纖Bragg光柵傾角傳感器及其使用方法，屬于光電子測量【技術領域】。本發明包括水銀柱金屬殼、水銀、水銀柱支撐架、外殼、光纖引出孔、導出光纖、傳壓活塞、傳力桿、光纖Bragg光柵、等強度懸臂梁、懸臂梁支撐柱、底座；根據粘貼在等強度懸臂梁上下兩壁的光纖Bragg光柵的中心波長差值與傳感器傾角的關系式計算出傳感器被測對象的傾角變化。本發明可以提高傳感器的測斜靈敏度和測量范圍；具有較強的抗電磁干擾能力和耐腐蝕能力適用于對邊坡的長期監測；結構簡單，便于操作。
【專利說明】一種活塞式水銀光纖Bragg光柵傾角傳感器及其使用方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種活塞式水銀光纖Bragg光柵傾角傳感器及其使用方法，屬于光電 子測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 我國是一個多山的國家，山地約占全國總面積的2/3,是世界上滑坡頻繁的國家之 一。滑坡活動與滑坡體的組成物質、力學性能、形態、層狀、軟弱面、結構面等因素有關，機制 較為復雜。
[0003] 邊坡內部位移監測一直是巖土工程界關注的重要課題。傳統的移動式、固定式 傾角傳感器已經廣泛應用于邊坡內部位移的監測中，但傳統傾角傳感器存在較大的不足， 如數據采集儀器會出現漂移誤差，測斜儀導輪磨損、偏移等會帶來誤差。活塞式水銀光纖 Bragg光柵傾角傳感器具有抗電磁干擾、動態范圍寬、靈敏度高、便于組網、遠距離和長期性 要求，可實現分布式測量等優點，為解決上述關鍵問題提供了良好的技術手段。
[0004] 通過采用活塞式水銀光纖Bragg光柵傾角傳感器對邊坡傾角進行實時在線監測 時，需要考慮活塞式水銀光纖Bragg光柵傾角傳感器的構成，及如何安裝來實現測量時對 光纖的保護問題。
【發明內容】
[0005] 本發明提供了一種活塞式水銀光纖Bragg光柵傾角傳感器及其使用方法，以用于 解決對邊坡傾斜實時在線檢測及解決對邊坡傾斜實時在線檢測時光纖Bragg光柵傾角傳 感器的結構、安裝的問題。
[0006] 本發明的技術方案是：一種活塞式水銀光纖Bragg光柵傾角傳感器，包括水銀柱 金屬殼1、水銀2、水銀柱支撐架3、外殼4、光纖引出孔5、導出光纖6、傳壓活塞7、傳力桿8、 光纖Bragg光柵9、等強度懸臂梁10、懸臂梁支撐柱11、底座12 ;其中水銀2填充滿水銀柱 金屬殼1內，水銀2通過傳壓活塞7密閉于水銀柱金屬殼1，水銀柱金屬殼1由水銀柱支撐 架3固定在外殼4內，外殼4焊接在底座12上方，傳壓活塞7下端連接傳力桿8的上端，傳 力桿8的下端連接等強度懸臂梁10的自由端，光纖Bragg光柵9粘貼在等強度懸臂梁10 上下兩壁，等強度懸臂梁10右端固定于懸臂梁支撐柱11上，導出光纖6通過光纖引出孔5 引出并與外接光纜相連接，光纖引出孔5用環氧樹脂封閉，懸臂梁支撐柱11焊接在外殼4 內的底部。
[0007] 所述粘貼在等強度懸臂梁10上下兩壁的兩根光纖Bragg光柵應采用同一型號的 光敏光纖制成。
[0008] -種活塞式水銀光纖Bragg光柵傾角傳感器的使用方法，所述方法的具體步驟如 下： Stepl、當傾角傳感器所測對象的傾角發生變化時，水銀2在水銀柱金屬殼1內 的有效長度將發生改變，水銀2對傳壓活塞7的壓力將相應改變，傳壓活塞7通過 傳力桿8把水銀的壓力傳遞給等強度懸臂梁10自由端，帶動粘貼在等強度懸臂 梁10上下兩壁的光纖Bragg光柵9拉伸和壓縮，從而根據光纖Bragg光柵解調儀 分析得到粘貼在等強度懸臂梁10上下兩壁的光纖Bragg光柵9的中心波長差值 Δ為（； Step2、根據粘貼在等強度懸臂梁10上下兩壁的光纖Bragg光柵9的中心波長差值公5
【權利要求】
1. 一種活塞式水銀光纖Bragg光柵傾角傳感器，其特征在于：包括水銀柱金屬殼（1 )、 水銀（2)、水銀柱支撐架（3)、外殼（4)、光纖引出孔（5)、導出光纖（6)、傳壓活塞（7)、傳力 桿（8)、光纖Bragg光柵（9)、等強度懸臂梁（10)、懸臂梁支撐柱（11)、底座（12);其中水銀 (2 )填充滿水銀柱金屬殼（1)內，水銀（2 )通過傳壓活塞（7 )密閉于水銀柱金屬殼（1 )，水銀 柱金屬殼（1)由水銀柱支撐架（3)固定在外殼（4)內，外殼（4)焊接在底座（12)上方，傳壓 活塞（7)下端連接傳力桿（8)的上端，傳力桿（8)的下端連接等強度懸臂梁（10)的自由端， 光纖Bragg光柵（9)粘貼在等強度懸臂梁（10)上下兩壁，等強度懸臂梁（10)右端固定于懸 臂梁支撐柱（11)上，導出光纖（6)通過光纖引出孔（5)引出并與外接光纜相連接，光纖引出 孔（5 )用環氧樹脂封閉，懸臂梁支撐柱（11)焊接在外殼（4)內的底部。
2. 根據權利要求1所述的活塞式水銀光纖Bragg光柵傾角傳感器，其特征在于：所述 粘貼在等強度懸臂梁（10)上下兩壁的兩根光纖Bragg光柵應采用同一型號的光敏光纖制 成。
3. -種活塞式水銀光纖Bragg光柵傾角傳感器的使用方法，其特征在于：所述方法的 具體步驟如下： Stepl、當傾角傳感器所測對象的傾角發生變化時，水銀（2)在水銀柱金屬殼（1)內 的有效長度將發生改變，水銀（2)對傳壓活塞（7)的壓力將相應改變，傳壓活塞（7)通 過傳力桿（8)把水銀的壓力傳遞給等強度懸臂梁（10)自由端，帶動粘貼在等強度懸臂 梁（10)上下兩壁的光纖Bragg光柵（9)拉伸和壓縮，從而根據光纖Bragg光柵解調儀 分析得到粘貼在等強度懸臂梁（10)上下兩壁的光纖Bragg光柵（9)的中心波長差值 AAj ; Step2、根據粘貼在等強度懸臂梁（10)上下兩壁的光纖Bragg光柵（9)的中心波長差值
_與傳感器傾角的關系另 計算出傳感器被測對象 ^b Q 的傾角變化；式中：/?為水銀的密度?為重力系數，Z為水銀（2)在水銀柱金屬殼（1)內的 長度，^為傳壓活塞（7)和水銀（2)接觸面的面積，7為等強度懸臂梁（10)的工作長度，& 為光纖Bragg光柵（9)的應變敏感系數，4為光纖Bragg光柵（9)的初始中心波長，A為等 強度懸臂梁（10)固定端的寬度，A為等強度懸臂梁（10)的厚度，萬為等強度懸臂梁（10)的 彈性模量。
4. 根據權利要求3所述的活塞式水銀光纖Bragg光柵傾角傳感器的使用方法，其特征 在于：所述水銀（2)在水銀柱金屬殼（1)內的長度變化范圍為10厘米到50厘米。
【文檔編號】G01B11/26GK104279986SQ201410477101
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】謝濤, 李川, 李英娜, 趙振綱, 張長勝, 歐陽鑫, 劉愛蓮, 吳文兵 申請人:昆明理工大學