一種用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器，包括殼體，殼體的一端設置有開口，開口處設置有一次膜片和二次膜片；一次膜片和二次膜片之間設置有充滿液壓油的傳壓油腔；殼體內部還設置有變邊三角形金屬結構、第一等強度梁、第二等強度梁和光纖光柵；變邊三角形金屬結構的頂角與二次膜片的中心相連，兩個底角分別與第一等強度梁和第二等強度梁的底端接觸；光纖光柵尾纖端粘貼在第一等強度梁上，另一端的光纖通過引出孔伸出殼體。本實用新型具有線性度高、穩定性好、易組網、抗電磁干擾、對外界環境適應性強的特點，可以用于擋土墻側向壓力的測量，建筑結構的安全監測，地下工程結構安全檢測等領域。
【專利說明】
一種用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器
技術領域
[0001]本實用新型涉及光纖傳感技術領域，尤其涉及一種用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器。
【背景技術】
[0002]在土木工程中，因土體力學性質、外界環境變化等影響，使得土壓力的理論計算非常復雜，通常依賴現場原型或模型試驗等途徑解決。傳統土壓力測試儀主要包括差動電阻式和鋼弦式傳感器。這些電磁類傳感器長期穩定性差，易受周邊環境影響，無法適應長期結構健康監測需要。
[0003]在中國實用新型專利CN201220572574.2中，公開了一種基于雙L型梁的光纖光柵土壓力傳感器，包括:盒體，為餅狀筒形結構，其頂部內表面具有直接感受外界土壓力信號的一個承壓膜片;安裝于盒體內部的兩個支撐軸;安裝于兩個支撐軸上的兩個L型梁，每個L型梁均具有豎直方向部分和水平方向部分;安裝于承壓膜片與兩個水平方向部分的端部之間的中心傳力桿;安裝于雙L型梁的豎直方向部分的端部檢測土壓力信號的光纖光柵，承壓膜片的縱向位移通過中心傳力桿和兩個L型梁被傳遞給光纖光柵，使光纖光柵產生軸向應變;設置于盒體兩端部側壁的兩個引出小孔;安裝于盒體底部密封和保護盒體內部結構的底板。該實用新型解決了土壓力傳感器的體積、靈敏度、封裝工藝等問題。但是該實用新型測量精度不夠高，使用單層的膜片設計難以將較小的壓力進行傳導和測量。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題在于針對現有技術中穩定性差，易受周邊環境影響的缺陷，提供一種結構簡單，測量精度高的用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0006]本實用新型是一種用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器，包括殼體，殼體的一端設置有開口，開口處設置有一次膜片和二次膜片；一次膜片和二次膜片之間設置有充滿液壓油的傳壓油腔；
[0007]殼體內部還設置有變邊三角形金屬結構、第一等強度梁、第二等強度梁和光纖光柵;變邊三角形金屬結構的頂角與二次膜片的中心相連，兩個底角分別與第一等強度梁和第二等強度梁的底端接觸;光纖光柵尾纖端粘貼在第一等強度梁上，另一端的光纖通過引出孔伸出殼體。
[0008]進一步地，本實用新型的殼體內部的兩側設置有第一支桿和第二支桿，第一支桿和第二支桿分別與第一等強度梁和第二等強度梁的頂端相連。
[0009]進一步地，本實用新型的第一支桿和殼體之間固定設置有第一注液柱，第二支桿和殼體之間固定設置有第二注液柱。
[0010]進一步地，本實用新型的二次膜片和變邊三角形金屬結構之間設置有傳壓桿。
[0011]進一步地，本實用新型的變邊三角形金屬結構由一根金屬條沿中心處彎曲折疊制成，金屬條兩端與殼體底部接觸且可以滑動。
[0012]進一步地，本實用新型的引出孔為保持結構內部壓力平衡的圓形小孔。
[0013]進一步地，本實用新型的殼體為圓柱體。
[0014]進一步地，本實用新型的第一等強度梁和第二等強度梁的底端與變邊三角形金屬結構的兩底角接觸但不固定。
[0015]進一步地，本實用新型的一次膜片與二次膜片均為同種金屬材料制成的圓形膜片，且二次膜片的直徑小于一次膜片，二者通過傳壓油腔實現壓力的等值傳遞。
[0016]進一步地，本實用新型的第一等強度梁和第一支桿構成L型梁結構，第二等強度梁和第二支桿構成L型梁結構，兩個L型梁結構結構相同且相互對稱。
[0017]本實用新型產生的有益效果是:本實用新型的用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器，采用波長解碼技術，避免了光源功率和損耗對測量的影響，適合長期監測;通過采用在雙層膜片中填充液壓油的設計，能夠準確的將土壓力傳導給傳感器;通過光纖光柵對壓力變化進行測量，測量精度高，且不受外界環境的干擾;本實用新型具有線性度高、穩定性好、易組網、抗電磁干擾、對外界環境適應性強的特點，可以用于擋土墻側向壓力的測量，建筑結構的安全監測，地下工程結構安全檢測等領域。
【附圖說明】
[0018]下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中:
[0019]圖1是本實用新型實施例的用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器的結構示意圖；
[0020]圖中，1-殼體、2-—次膜片、3-傳壓油腔、4-二次膜片、5-第一支桿、6-第一等強度梁、7-光纖光柵、8-傳壓桿、9-變邊三角形金屬結構、10-第二支桿、11-第二等強度梁、12-第二注液柱、13-光纖、14-引出孔、15-第一注液柱、16-殼體內部引出孔。
【具體實施方式】
[0021]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0022]如圖1所示，本實用新型實施例的用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器，包括殼體I，殼體I的一端設置有開口，開口處設置有一次膜片2和二次膜片4;一次膜片2和二次膜片4之間設置有充滿液壓油的傳壓油腔3;
[0023]殼體I內部還設置有變邊三角形金屬結構9、第一等強度梁6、第二等強度梁11和光纖光柵7;變邊三角形金屬結構9的頂角與二次膜片4的中心相連，兩個底角分別與第一等強度梁6和第二等強度梁11的底端接觸;光纖光柵7尾纖端粘貼在第一等強度梁6上，另一端的光纖13通過引出孔14伸出殼體I。
[0024]殼體I的內部的兩側設置有第一支桿5和第二支桿10，第一支桿5和第二支桿10分別與第一等強度梁6和第二等強度梁11的頂端相連。第一支桿5和殼體I之間固定設置有第一注液柱15，第二支桿1和殼體I之間固定設置有第二注液柱12。
[0025]二次膜片4和變邊三角形金屬結構9之間設置有傳壓桿8。變邊三角形金屬結構9由一根金屬條沿中心處彎曲折疊制成，金屬條兩端與殼體I底部接觸且可以滑動。引出孔14為不影響內部壓力的圓形小孔。殼體I為圓柱體。第一等強度梁6和第二等強度梁11的底端與變邊三角形金屬結構9的兩底角接觸但不固定。一次膜片2與二次膜片4均為同種金屬材料制成的圓形膜片，且二次膜片4的直徑小于一次膜片2，二者通過傳壓油腔3實現壓力的等值傳遞。第一等強度梁6和第一支桿5構成L型梁結構，第二等強度梁11和第二支桿10構成L型梁結構，兩個L型梁結構結構相同且相互對稱。
[0026]在本實用新型的另一個具體實施例中，其結構包括:殼體I，一次膜片2，傳壓油腔3，二次膜片4，第一支桿5，第二支桿10，第一等強度梁6，第二等強度梁11，光纖光柵7，傳壓桿8，變邊三角形金屬結構9，第一注液柱12，第二注液柱15，光纖13以及用于光纖13伸出殼體I的引出孔14，殼體內部引出孔16。殼體I為圓柱體外殼，一次膜片2與外界被測物直接接觸，并與殼體I粘接在一起，一次膜片2與二次膜片4之間形成傳壓油腔3，傳壓油腔3由兩根對稱的注油柱通過油嘴注滿液壓油，腔內的液壓油將壓力等值地傳遞給二次膜片4。傳壓桿8的一端固定在二次膜片的圓心處，另一端與變邊三角形金屬結構9頂部固定在一起。變邊三角形金屬結構9的兩邊與殼體I底部接觸并可以滑動，變邊三角形金屬結構9將二次膜片4中心處所受壓力放大作用在等強度梁上。等強度梁與變邊三角形金屬結構9的兩端接觸但不固定在一起，可以滑動，另一端固定在支桿上。光纖光柵7尾纖端黏貼在等強度梁6上，另一端通過引出孔伸出殼體I。
[0027]變邊三角形金屬結構9是由一根金屬條沿中心處彎曲折疊制成，金屬條兩端與殼體I底部接觸而且可以滑動，當變邊三角形金屬結構9頂角處受到沿角平分線的外力作用時，三角形的頂角變大，左右兩邊向外滑動而長度不變。
[0028]引出孔為圓形小孔，一方面將光纖13導出殼體I，另一方面可以保持結構內部的壓力不變。
[0029]等強度梁的一端與變邊三角形金屬結構9的兩端接觸但不固定在一起，可以滑動。
[0030]一次膜片2與二次膜片4均為同種金屬材料制成的圓形膜片，且二次膜片4的直徑小于一次膜片2，二者通過傳壓油腔3實現壓力的等值傳遞。
[0031 ]光纖光柵7粘貼在等強度梁之前要對光纖光柵7進行相應的預拉伸。
[0032]本實用新型的傳感器可以用于擋土墻側向壓力的測量，建筑結構的安全監測，地下工程結構安全檢測等領域，不受電磁干擾，結構簡單，便于安裝，易實現組網。
[0033]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，包括殼體(I)，殼體(I)的一端設置有開口，開口處設置有一次膜片(2)和二次膜片(4);一次膜片(2)和二次膜片(4)之間設置有充滿液壓油的傳壓油腔(3);殼體(I)內部還設置有變邊三角形金屬結構(9)、第一等強度梁(6)、第二等強度梁(11)和光纖光柵(7);變邊三角形金屬結構(9)的頂角與二次膜片(4)的中心相連，兩個底角分別與第一等強度梁(6)和第二等強度梁(11)的底端接觸;光纖光柵(7)尾纖端粘貼在第一等強度梁(6)上，另一端的光纖(13)通過引出孔(14)伸出殼體(I)。2.根據權利要求1所述的用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，殼體(I)的內部的兩側設置有第一支桿(5)和第二支桿(10)，第一支桿(5)和第二支桿(10)分別與第一等強度梁(6)和第二等強度梁(11)的頂端相連。3.根據權利要求1所述的用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，第一支桿(5)和殼體(I)之間固定設置有第一注液柱(15)，第二支桿(10)和殼體(I)之間固定設置有第二注液柱(12)。4.根據權利要求1所述的用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，二次膜片(4)和變邊三角形金屬結構(9)之間設置有傳壓桿(8)。5.根據權利要求1所述的用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，變邊三角形金屬結構(9)由一根金屬條沿中心處彎曲折疊制成，金屬條兩端與殼體(I)底部接觸且可以滑動。6.根據權利要求1所述的用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，引出孔(14)為保持結構內部壓力平衡的圓形小孔。7.根據權利要求1所述的用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，殼體(I)為圓柱體。8.根據權利要求1所述的用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，第一等強度梁(6)和第二等強度梁(11)的底端與變邊三角形金屬結構(9)的兩底角接觸但不固定。9.根據權利要求1所述的用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，一次膜片(2)與二次膜片(4)均為同種金屬材料制成的圓形膜片，且二次膜片(4)的直徑小于一次膜片(2)，二者通過傳壓油腔(3)實現壓力的等值傳遞。10.根據權利要求1所述的用于測量土壓力的光纖光柵土壓力傳感器，其特征在于，第一等強度梁(6)和第一支桿(5)構成L型梁結構，第二等強度梁(11)和第二支桿(10)構成L型梁結構，兩個L型梁結構結構相同且相互對稱。
【文檔編號】G01L1/24GK205593685SQ201620405140
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月6日
【發明人】林劍濤, 程永進, 曹曉峰, 祝睿雪
【申請人】中國地質大學（武漢）