一種邊坡光纖Bragg光柵多點位移傳感器及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種邊坡光纖Bragg光柵多點位移傳感器及其使用方法，屬于光電子測量【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明包括上端法蘭盤、上端彈性保護環(huán)套、上端拉桿、上端位移彈簧、防護鋼管、彈性鋼片、光纖Bragg光柵、下連引出光纖、上連引出光纖、鋼管光纖引出孔、下端位移彈簧、下端拉桿、下端法蘭盤、下端彈性保護環(huán)套；根據(jù)粘貼在彈性鋼片上光纖Bragg光柵的中心波長的移位值與傳感器位移的關(guān)系式計算出邊坡孔洞土層發(fā)生位移或巖層發(fā)生開裂所導(dǎo)致的測量位置位移變化。本發(fā)明可以根據(jù)監(jiān)測需求的不同，串聯(lián)不同數(shù)量的位移傳感器實現(xiàn)邊坡孔洞的多點位移監(jiān)測；通過采用光纖Bragg光柵，具有較強的抗電磁干擾能力和耐腐蝕能力；結(jié)構(gòu)簡單，便于操作。
【專利說明】一種邊坡光纖Bragg光柵多點位移傳感器及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種邊坡光纖Bragg光柵多點位移傳感器及其使用方法，屬于光電子測量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[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(zhì)、力學(xué)性能、形態(tài)、層狀、軟弱面、結(jié)構(gòu)面等因素有關(guān)，機制較為復(fù)雜。邊坡內(nèi)部位移監(jiān)測一直是巖土工程界關(guān)注的重要課題。對巖土體深部位移的監(jiān)測，一般采用基巖位移計、多點位移計等傳感器，傳感單元安裝于孔口位置，連接不同長度的傳遞桿，測量不同深度錨固端相對孔口的位移量，并通過假定的深部不動點，換算各測點及孔口的變形。
[0003]傳統(tǒng)的差動電阻式、鋼弦式邊坡位移計已經(jīng)廣泛應(yīng)用于邊坡內(nèi)部位移的監(jiān)測中，但傳統(tǒng)邊坡位移計存在較大的不足，如數(shù)據(jù)采集儀器會出現(xiàn)漂移誤差，測量位置點有限，不足以判斷實際變形發(fā)生的準確位置，由于傳遞桿的變形導(dǎo)致測值失真，安裝復(fù)雜，施工難度、成本大。邊坡光纖Bragg光柵多點位移傳感器有抗電磁干擾、動態(tài)范圍寬、靈敏度高、便于組網(wǎng)、遠距離和長期性要求，可實現(xiàn)分布式測量等優(yōu)點，為解決上述關(guān)鍵問題提供了良好的技術(shù)手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種邊坡光纖Bragg光柵多點位移傳感器及其使用方法，以用于解決對邊坡多點位移實時在線檢測的問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種邊坡光纖Bragg光柵多點位移傳感器,包括上端法蘭盤1、上端彈性保護環(huán)套2、上端拉桿3、上端位移彈簧4、防護鋼管5、彈性鋼片6、光纖Bragg光柵7、下連引出光纖8、上連引出光纖9、鋼管光纖引出孔10、下端位移彈簧11、下端拉桿12、下端法蘭盤13、下端彈性保護環(huán)套14 ;其中上端拉桿3底座攻螺紋與上端法蘭盤I相連，上端拉桿3的另一端與上端位移彈簧4的一端相連，上端位移彈簧4的另一端與彈性鋼片6相連，光纖Bragg光柵7粘貼在彈性鋼片6上，彈性鋼片6的下端與下端位移彈簧11的一端相連，下端位移彈簧11的另一端連接下端拉桿12，下端拉桿12通過底座螺紋與下端法蘭盤13相連，上端法蘭盤I與下端法蘭盤13之間放置防護鋼管5，防護鋼管5中間的左右兩邊開孔分別引出上連引出光纖9和下連引出光纖8，鋼管光纖引出孔10用環(huán)氧樹脂封閉，上端彈性保護環(huán)套2和下端彈性保護環(huán)套14的固定端分別與上端法蘭盤1、下端法蘭盤13相連，自由端掐住防護鋼管5外壁。
[0006]所述上端法蘭盤1、下端法蘭盤13與防護鋼管5之間留有間隙。
[0007]多個位移傳感器通過下連引出光纖8與上連引出光纖9串聯(lián)，串聯(lián)后的位移傳感器通過鋼絲繩15捆綁后放入邊坡孔洞16中，再通過灌漿固結(jié)于邊坡巖層17的邊坡孔洞16內(nèi)。[0008]所述串聯(lián)后的位移傳感器中底部位移傳感器的下連引出光纖8連接鎧裝光纜引出邊坡孔洞16。
[0009]所述串聯(lián)后的位移傳感器中頂端位移傳感器的上連引出光纖9連接鎧裝光纜引出邊坡孔洞16。
[0010]一種邊坡光纖Bragg光柵多點位移傳感器的使用方法，所述方法的具體步驟如下:
A、當位移傳感器所在測量位置的土層發(fā)生位移或巖層發(fā)生開裂，上下法蘭盤113將帶動上端位移彈簧4、下端位移彈簧11做壓縮或拉伸，上端位移彈簧4、下端位移彈簧11把位移轉(zhuǎn)化為對彈性鋼片6的拉力或壓力，帶動粘貼在彈性鋼片6上光纖Bragg光柵7拉伸或壓縮，從而根據(jù)光纖Bragg光柵解調(diào)儀分析得到粘貼在彈性鋼片6上的光纖Bragg光柵7的中心波長的移位值Δ.4 ；
B、根據(jù)粘貼在彈性鋼片6上光纖Bragg光柵7的中心波長的移位值與傳感器位移
^的關(guān)系式
【權(quán)利要求】
1.一種邊坡光纖Bragg光柵多點位移傳感器,其特征在于:包括上端法蘭盤(I)、上端彈性保護環(huán)套(2)、上端拉桿(3)、上端位移彈簧(4)、防護鋼管(5)、彈性鋼片(6)、光纖Bragg光柵(7)、下連引出光纖(8)、上連引出光纖(9)、鋼管光纖引出孔(10)、下端位移彈簧(11)、下端拉桿(12 )、下端法蘭盤(13 )、下端彈性保護環(huán)套(14 );其中上端拉桿(3 )底座攻螺紋與上端法蘭盤(I)相連，上端拉桿(3)的另一端與上端位移彈簧(4)的一端相連，上端位移彈簧(4)的另一端與彈性鋼片(6)相連，光纖Bragg光柵(7)粘貼在彈性鋼片(6)上，彈性鋼片(6)的下端與下端位移彈簧(11)的一端相連，下端位移彈簧(11)的另一端連接下端拉桿(12)，下端拉桿(12)通過底座螺紋與下端法蘭盤(13)相連，上端法蘭盤(I)與下端法蘭盤(13)之間放置防護鋼管(5)，防護鋼管(5)中間的左右兩邊開孔分別引出上連引出光纖(9)和下連引出光纖(8)，鋼管光纖引出孔(10)用環(huán)氧樹脂封閉，上端彈性保護環(huán)套(2)和下端彈性保護環(huán)套(14)的固定端分別與上端法蘭盤(I)、下端法蘭盤(13)相連，自由端掐住防護鋼管(5)外壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊坡光纖Bragg光柵多點位移傳感器，其特征在于:所述上端法蘭盤(I)、下端法蘭盤(13 )與防護鋼管(5 )之間留有間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊坡光纖Bragg光柵多點位移傳感器,其特征在于:多個位移傳感器通過下連引出光纖(8)與上連引出光纖(9)串聯(lián)，串聯(lián)后的位移傳感器通過鋼絲繩(15)捆綁后放入邊坡孔洞(16)中，再通過灌漿固結(jié)于邊坡巖層(17)的邊坡孔洞(16)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的邊坡光纖Bragg光柵多點位移傳感器，其特征在于:所述串聯(lián)后的位移傳感 器中底部位移傳感器的下連引出光纖(8)連接鎧裝光纜引出邊坡孔洞(16)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的邊坡光纖Bragg光柵多點位移傳感器,其特征在于:所述串聯(lián)后的位移傳感器中頂端位移傳感器的上連引出光纖(9)連接鎧裝光纜引出邊坡孔洞(16)。
6.—種邊坡光纖Bragg光柵多點位移傳感器的使用方法,其特征在于:所述方法的具體步驟如下: A、當位移傳感器所在測量位置的土層發(fā)生位移或巖層發(fā)生開裂，上下法蘭盤(1)(13)將帶動上端位移彈簧(4)、下端位移彈簧(11)做壓縮或拉伸，上端位移彈簧(4)、下端位移彈簧(11)把位移轉(zhuǎn)化為對彈性鋼片(6)的拉力或壓力，帶動粘貼在彈性鋼片(6)上光纖Bragg光柵(7)拉伸或壓縮，從而根據(jù)光纖Bragg光柵解調(diào)儀分析得到粘貼在彈性鋼片(6)上的光纖Bragg光柵(7)的中心波長的移位值A(chǔ)Js ； B、根據(jù)粘貼在彈性鋼片(6)上光纖Bragg光柵(7)的中心波長的移位值與傳感器位移一的關(guān)系式AAs =^^-1計算出邊坡孔洞土層發(fā)生位移或巖層發(fā)生開裂所導(dǎo)致的測量位置位移變化；式中4為上端位移彈簧(4)、下端位移彈簧(11)的倔強系數(shù)，七為光纖Bragg光柵(7)的中心波長，Sf為光纖Bragg光柵(7)的應(yīng)變敏感系數(shù)，S為彈性鋼片(6)的橫截面積，i?為彈性鋼片(6)的彈性模量。
【文檔編號】G01B11/02GK104006744SQ201410176492
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】謝濤, 李川, 李英娜, 趙振綱, 歐陽鑫, 劉愛蓮, 吳文兵 申請人:昆明理工大學(xué)