一種采用光彈性壓力傳感器的壓力測量系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及壓力測量領域，具體涉及一種采用光彈性壓力傳感器的壓力測量 系統。
【背景技術】
[0002] 如今壓力傳感器的核心部件多為應變片和壓電材料，這種傳感器受環境影響大， 不適合受力的長期監測，而且傳感器中的核心部件無法更換。
[0003] 光彈性法是一種將光學與力學相結合進行應力分析的實驗技術。將具有雙折射效 應的透明材料置于偏振光場中，當給其施加載荷時，即可看到產生的干涉條紋圖。測量此干 涉條紋，通過計算，就能確定材料在受載情況下的應力。在采礦和土木工程中采用測定巖體 應力的光彈性傳感器，可以測到因施工或地層結構變化引起的應力。其形式有圍護、坑道支 柱應力計或嵌入式巖體應力計等。雖然不需要信號放大和傳輸系統，十分便于多測點巡檢 或危險地區的遠距離攝影檢測。但其將光彈性材料直接置于結構內部，容易造成傳感器的 損壞，影響其對結構的長期監測。 【實用新型內容】
[0004] 針對上述現有技術中存在的技術問題，本實用新型旨在提供一種可安裝到巖石和 混凝土構件內部，對其所受壓力進行長期監測的一種采用光彈性壓力傳感器的壓力測量系 統。
[0005] 為實現該技術目的，本實用新型的方案是:一種采用光彈性壓力傳感器的壓力測 量系統包括光彈性壓力傳感器和數據采集操作平臺，所述光彈性壓力傳感器和所述數據采 集操作平臺的位置是相對的，所述光彈性壓力傳感器和所述數據采集操作平臺的間距是可 調節的；
[0006] 所述光彈性壓力傳感器包括外部的圓環和設有圓環內部的曲面墊塊和試件，所述 圓環內側的上部設有具有向下彎曲的弧面凸塊，所述圓環內側的下部為平臺，所述曲面墊 塊位于所述圓環內部的上方，所述試件位于所述圓環內部的下方，所述曲面墊塊和試件都 位于所述圓環的垂直對稱軸上；
[0007] 所述曲面墊塊的上表面為凹面形弧形結構與所述圓環內側的弧面凸塊相配合作 用，同時所述曲面墊塊是為了保證所述光彈性壓力傳感器中的試件是對徑受壓的，提高傳 感器的測試精確度；
[0008] 所述試件材質為光彈性材料，可采用環氧樹脂、航空有機玻璃或聚碳酸脂，所述試 件的外表面涂有反光漆，由于不同雙折射材料具有不同的材料常數，所以通過改變所述光 彈性材料的試件可改變所述光彈性傳感器的測試量程；
[0009] 進一步，所述圓環采用耐候性耐久性優良的材料，優選鋁合金或陶瓷材料；
[001 0]所述數據采集操作平臺上設有數據采集裝置，所述數據采集操作平臺上矩陣設有 多個螺紋孔，所述螺紋孔上安裝有光學鏡片固定裝置，所述光學鏡片固定裝置內設有螺釘、 螺紋桿、卡環、帶凹槽卡環，所述卡環和光學鏡片固定為一體，并置入帶凹槽卡環的凹槽中， 當螺釘擰緊時，卡環和光學鏡片不能旋轉，當螺釘松開時，卡環和光學鏡片可以旋轉，通過 螺紋桿可將此裝置安裝在操作平臺上。
[0011]所述光學鏡片固定裝置上的螺紋桿和所述螺紋孔固定連接，所述螺紋孔內可安裝 光學鏡片固定裝置，所述光學鏡片固定裝置內可安裝有所述起偏鏡、分析鏡、兩個四分之一 波片，所述起偏鏡、分析鏡、兩個四分之一波片可在所述光學鏡片固定裝置內繞軸心旋轉；
[0012] 所述光源和CCD攝像機通過所述螺紋孔固定安裝在所述數據采集操作平臺上。
[0013]在所述數據采集操作平臺上通過對所述起偏鏡、分析鏡、兩個四分之一波片、光 源、CCD攝像機的6個部件的位置排列進行光路調節；
[0014]所述光路可采用V型光路或正交型光路；當光源為白光時，可根據光彈性條紋圖中 的顏色實現壓力的定性觀測，當光源為單色光時，可根據光彈性條紋圖計算出所受壓力，實 現壓力的定量測試。
[0015] 有益效果：
[0016] 1、光彈性壓力傳感器的外部設有以金屬或陶瓷圓環，起到保護光彈性材料的作 用；
[0017] 2、本實用新型的光彈性壓力傳感器的核心部件為光彈性材料，光彈性材料受環境 影響小，可進行受力長期監測；
[0018] 3、本實用新型的壓力傳感器中的核心部件光彈性材料是可更換的，進而傳感器的 量程可變換。
【附圖說明】
[0019] 圖1是光彈性傳感器示意圖。
[0020] 圖2是數據采集操作平臺。
[0021] 圖3是光學鏡片固定裝置示意圖：
[0022] (a)光學鏡片固定裝置結構示意圖；
[0023] (b)光學鏡片固定裝置A-A截面剖面圖。
[0024]圖4是數據采集光路圖：
[0025] (a)、V型光路；
[0026] (b)、正交型光路。
[0027]圖5是不同荷載下光彈性傳感器的光彈性條紋圖：
[0028] (a)光彈性傳感器的光彈性條紋圖；
[0029] (b)載荷增加后的光彈性條紋圖。
[0030]圖6是對徑受壓圓盤受力圖。
[0031]圖中，1-圓環，2-曲面墊塊，3-試件，4-光彈性壓力傳感器，5-水平儀，6-螺紋孔，7-螺釘，8-螺紋桿，9-帶凹槽卡環，10-光學鏡片，11-凹槽，12-四分之一波片，13-起偏鏡，14-分析鏡，15-光源，16-CCD攝像機，17-半反射鏡，18-數據采集操作平臺，19-光學鏡片固定裝 置。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明。
[0033]一種采用光彈性壓力傳感器的壓力測量系統包括光彈性壓力傳感器4和數據采集 操作平臺18,所述光彈性壓力傳感器4和所述數據采集操作平臺18的位置是相對的，所述光 彈性壓力傳感器4和所述數據采集操作平臺18的間距是可調節的；
[0034]所述光彈性壓力傳感器4包括外部的圓環1和設有圓環1內部的曲面墊塊2和試件 3,所述圓環1內側的上部設有具有向下彎曲的弧面凸塊，所述圓環1內側的下部為平臺，所 述曲面墊塊2位于所述圓環1內部的上方，所述試件3位于所述圓環1內部的下方，所述曲面 墊塊2和試件3都位于所述圓環1的垂直對稱軸上；
[0035]所述曲面墊塊2的上表面為凹面形弧形結構與所述圓環1內側的弧面凸塊相配合 作用，同時所述曲面墊塊2是為了保證所述光彈性壓力傳感器4中的試件3是對徑受壓的，提 高所述光彈性壓力傳感器4的測試精確度；
[0036]所述試件3材質為光彈性材料，可采用環氧樹脂、航空有機玻璃或聚碳酸脂，所述 試件3的外表面涂有反光漆，由于不同雙折射材料具有不同的材料常數，所以通過改變所述 光彈性材料的試件可改變所述光彈性傳感器的測試量程；
[0037]進一步，所述圓環1采用耐候性耐久性優良的材料，優選鋁合金或陶瓷材料；
[0038]所述數據采集操作平臺18上設有數據采集裝置，所述數據采集裝置包括起偏鏡 13、分析鏡14、兩個四分之一波片12、光源15、(XD攝像機16,在所述數據采集操作平臺18上 矩陣設有多個螺紋孔6,所述螺紋孔6內可安裝光學鏡片固定裝置19,所述光學鏡片固定裝 置19內設置有所述起偏鏡13、分析鏡14