一種用于錨桿錨固質(zhì)量檢測的雙光纖光柵傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于錨桿錨固質(zhì)量檢測的雙光纖光柵傳感器，包括一個(gè)夾住錨桿端頭的圓環(huán)形外殼的夾子，夾子內(nèi)壁上沿錨桿軸向方向一端設(shè)有一塊彈性塊I，另一端設(shè)有彈性塊II，在所述的彈性塊I內(nèi)放置一個(gè)傳感光柵，在所述的彈性塊II內(nèi)放置一個(gè)處于自由狀態(tài)的匹配光柵，且傳感光柵、匹配光柵的布拉格光柵參數(shù)相同；兩個(gè)光柵位于同一根光纖上且相隔設(shè)定的距離，所述的光纖穿出夾子，與數(shù)據(jù)處理裝置相連；在錨桿端頭激發(fā)彈性波后，沿錨桿體內(nèi)傳播的彈性波或經(jīng)過反射的彈性波作用在傳感光柵上時(shí)，會引起傳感光柵反射光譜中心波長的偏移，經(jīng)過與匹配光柵反射譜的交疊區(qū)域的光強(qiáng)度的解調(diào)以及數(shù)據(jù)的處理，得到彈性波信號的時(shí)域或頻域特性。
【專利說明】一種用于錨桿錨固質(zhì)量檢測的雙光纖光柵傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種用于錨桿錨固質(zhì)量檢測的雙光纖光柵傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 錨桿在公路、鐵路、礦山、土木建筑等工程中大量使用，主要用于邊坡加固和地下 支護(hù)。在錨桿錨固技術(shù)中，錨桿嵌入巖石中的長度及錨桿與巖石間的砂漿飽和度是評價(jià)錨 桿能否發(fā)揮其最大效用的關(guān)鍵，因此對這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)是錨桿錨固質(zhì)量檢測的主 要任務(wù)。傳統(tǒng)的錨桿錨固質(zhì)量檢測方法是拉拔試驗(yàn)法和取芯法，這種方法雖然直觀，但此方 法是一種破壞性檢測，存在很大的局限性。隨后發(fā)展起來的有電阻應(yīng)變計(jì)式、差動電阻應(yīng)變 計(jì)式、鋼弦式和液壓枕式等幾類傳感器，這些機(jī)電類敏感元器件已大量使用，并已有成熟的 技術(shù)，尤其是電阻應(yīng)變計(jì)的長期穩(wěn)定性、溫度漂移、零點(diǎn)穩(wěn)定和長距離傳輸問題得到較好的 解決。但這些傳感器仍存在防潮、防水、抗干擾性能差等問題，不能很好滿足工程的實(shí)時(shí)檢 測需要。光纖布拉格（Bragg)光柵傳感器具有抗電磁干擾、尺寸小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，本質(zhì)上 是利用應(yīng)變變化來引起反射光波長變化，外界環(huán)境對波長的影響很小，故光纖光柵傳感器 成為近幾年業(yè)界研究的熱點(diǎn)。針對光纖光柵器件制作的傳感器有一些研究報(bào)道，如武漢理 工大學(xué)姜德生、南秋明等使用粘貼式光纖光柵傳感器對預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)力進(jìn)行分布和長期檢 測；西安科技大學(xué)柴敬、李毅等人研制了帶有溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵錨桿測力計(jì)；這些傳感 器都是通過對錨桿施加預(yù)應(yīng)力然后利用光柵進(jìn)行應(yīng)力檢測，屬于靜態(tài)力的測量，測量精度 高，線性度較好，但結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜而且具有一定的破壞性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述不足，本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，破壞性小，獲得信號豐富， 溫度自補(bǔ)償、靈敏度高、可實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量的錨桿錨固質(zhì)量檢測的雙光纖光柵傳感器。
[0004] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0005] -種用于錨桿錨固質(zhì)量檢測的雙光纖光柵傳感器，包括一個(gè)夾住錨桿端頭的圓環(huán) 形外殼的夾子，夾子內(nèi)壁上沿錨桿軸向方向一端設(shè)有一塊彈性塊I，另一端設(shè)有中空彈性塊 II，在所述的彈性塊I內(nèi)的凹槽里放置一個(gè)傳感光柵，在所述的彈性塊II中空處放置一個(gè) 處于自由狀態(tài)的匹配光柵，且傳感光柵、匹配光柵的光纖布拉格光柵參數(shù)相同；兩個(gè)光柵位 于同一根光纖上且相隔設(shè)定的距離，所述的光纖一端穿出夾子，與解調(diào)光路及顯示裝置相 連；在錨桿端頭激發(fā)彈性波后，沿錨桿體內(nèi)傳播的彈性波或經(jīng)過反射的彈性波作用在傳感 光柵上時(shí)，會引起傳感光柵反射光譜中心波長的偏移，經(jīng)過與匹配光柵反射譜的交疊區(qū)域 的光強(qiáng)度的解調(diào)以及數(shù)據(jù)的處理，得到彈性波信號的時(shí)域或頻域特性。
[0006] 所述的解調(diào)光路及顯示裝置包括光源、耦合器、光電轉(zhuǎn)換器和示波器，所述的光纖 的引出端連接耦合器的一個(gè)輸出端，耦合器的一個(gè)輸入端連接光源，另一個(gè)反射輸入端連 接光電轉(zhuǎn)換器，所述的光電轉(zhuǎn)換器與不波器相連。
[0007] 所述的傳感光柵黏貼于彈性塊I內(nèi)部的凹槽內(nèi)。
[0008] 所述的彈性塊I、彈性塊II均牢固粘貼于夾子內(nèi)壁上。
[0009] 所述的匹配光柵在中空彈性塊II的保護(hù)下自由放置，不受壓力。
[0010] 所述的彈性塊I用于感知錨桿的彈性波，且將彈性波間接作用于傳感光柵上。
[0011] 所述兩個(gè)光柵為同樣參數(shù)，在一根光纖上加工刻制而成，空間保留距離，用來保證 兩個(gè)光纖布拉格光柵放置在兩塊彈性體中。
[0012] 為了更靈敏的檢測到信號，兩個(gè)光柵的柵長要小于施加的激振信號在錨桿中傳播 波長的一半；
[0013] 所述匹配光柵對傳感光柵具有溫度、擾動補(bǔ)償作用。
[0014] 所述的同一根光纖上兩個(gè)光柵為強(qiáng)度解調(diào)原理，當(dāng)傳感光柵的中心波長發(fā)生偏移 時(shí)，傳感光柵的反射譜與匹配光柵的反射譜重疊部分的面積發(fā)生改變，即光強(qiáng)度發(fā)生改變， 最終轉(zhuǎn)換成電信號就發(fā)生變化，以在示波器上進(jìn)行顯示。
[0015] 本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)，在錨桿端頭激發(fā)彈性波后，沿錨桿體內(nèi)傳播的彈性波或經(jīng) 過反射的彈性波作用在傳感光柵上時(shí)，會引起傳感光柵反射光譜中心波長的偏移，經(jīng)過與 匹配光柵反射譜的交疊區(qū)域的光強(qiáng)度的解調(diào)，以及后期數(shù)據(jù)的顯示和處理，得到彈性波信 號的時(shí)域或頻域特性，為錨桿錨固質(zhì)量的分析提供有力依據(jù)。
[0016] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0017] 本發(fā)明雖然也采用光纖光柵器件，但是通過感受激振引起的應(yīng)力反射波的方法而 不是直接施加在錨桿上的力，而且采用前后一樣參數(shù)的兩個(gè)FBG器件來實(shí)現(xiàn)，利用兩個(gè)FBG 反射譜重疊區(qū)域的能量來間接測量錨桿錨固質(zhì)量，屬于強(qiáng)度解調(diào)。在測量結(jié)構(gòu)上采用FBG 最容易敏感的軸向方向，保證引起彈性結(jié)構(gòu)體的受力變形，以及引起FBG反射譜波形漂移 的變化之間成本質(zhì)線性關(guān)系。而且采用兩個(gè)參數(shù)相同的光柵，可以消除溫度影響和外部干 擾。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1本發(fā)明在實(shí)施狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖；
[0019] 圖2本發(fā)明傳感器部分結(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖中：1巖石，2夾子，3錨桿，4,光纖引線，5彈性塊1，6傳感光柵，7彈性塊11，8 匹配光柵。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0022] 用于錨桿錨固質(zhì)量檢測的雙光纖光柵傳感器，包括一個(gè)可以夾住設(shè)于巖石1中的 錨桿3端頭的圓環(huán)形外殼的夾子2,夾子2內(nèi)壁上沿錨桿軸向一側(cè)粘貼一塊彈性塊15,另一 側(cè)粘貼一塊與彈性塊15尺寸相當(dāng)?shù)闹锌盏膹椥詨K117,傳感光柵6放置于彈性塊15的凹槽 里，匹配光柵8放置于彈性塊117中空部分處于自由狀態(tài)，兩個(gè)光纖布拉格光柵參數(shù)相同， 是在一根光纖上相距一段距離通過紫外線刻制加工的，該根光纖通過光纖引線4引出夾子 后，連接解調(diào)光路及顯示裝置；該裝置包括光源、耦合器、光電轉(zhuǎn)換器和示波器，光纖的引出 端連接耦合器的輸出端，耦合器的一個(gè)輸入端連接光源，另一個(gè)反射輸入端連接光電轉(zhuǎn)換 器，所述的光電轉(zhuǎn)換器與示波器相連。
[0023] 傳感器接收用激振小錘施加于錨桿端頭的激振信號，敷設(shè)在彈性塊15凹槽里的 傳感光柵用膠密封，彈性塊15感知彈性波然后作用于傳感光柵上。匹配光柵在彈性塊117 的保護(hù)下自由放置，免受壓力。兩塊彈性塊均牢固粘貼于夾子2內(nèi)壁上。
[0024] 兩個(gè)光纖布拉格光柵為同樣參數(shù)，在一根光纖上加工刻制而成，空間保留一定距 離，用來保證兩個(gè)光纖布拉格光柵放置在彈性塊15、彈性塊117中。
[0025] 為了更靈敏的檢測到信號，兩個(gè)光柵的柵長要小于施加的激振信號在錨桿中傳播 波長的一半；
[0026] 匹配光柵8還具有一定的溫度、擾動等補(bǔ)償作用。
[0027] 同一根光纖上兩個(gè)光柵為強(qiáng)度解調(diào)。
[0028] 本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)，在錨桿3端頭激發(fā)彈性波后，沿錨桿3體內(nèi)傳播的彈性波或 經(jīng)過反射的彈性波作用在傳感光柵6上時(shí)，會引起傳感光柵6反射光譜中心波長的偏移，經(jīng) 過與匹配光柵8反射譜的交疊區(qū)域的光強(qiáng)度的解調(diào)，以及后期數(shù)據(jù)的處理，得到彈性波信 號的時(shí)域或頻域特性，為錨桿錨固質(zhì)量的分析提供有力依據(jù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于錨桿錨固質(zhì)量檢測的雙光纖光柵傳感器，其特征在于：包括一個(gè)夾住錨桿 端頭的圓環(huán)形外殼的夾子，夾子內(nèi)壁上沿錨桿軸向方向一端設(shè)有一塊彈性塊I，另一端設(shè)有 中空彈性塊II，在所述的彈性塊I內(nèi)的凹槽里放置一個(gè)傳感光柵，在所述的彈性塊II中空 處放置一個(gè)處于自由狀態(tài)的匹配光柵，且傳感光柵、匹配光柵的光纖布拉格光柵參數(shù)相同； 兩個(gè)光柵位于同一根光纖上且相隔設(shè)定的距離，所述的光纖一端穿出夾子，與解調(diào)光路及 顯示裝置相連；在錨桿端頭激發(fā)彈性波后，沿錨桿體內(nèi)傳播的彈性波或經(jīng)過反射的彈性波 作用在傳感光柵上時(shí)，會引起傳感光柵反射光譜中心波長的偏移，經(jīng)過與匹配光柵反射譜 的交疊區(qū)域的光強(qiáng)度的解調(diào)以及數(shù)據(jù)的處理，得到彈性波信號的時(shí)域或頻域特性。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于錨桿錨固質(zhì)量檢測的雙光纖光柵傳感器，其特征在于：所 述的解調(diào)光路和數(shù)據(jù)顯示裝置包括一個(gè)光源、耦合器、光電轉(zhuǎn)換器和示波器，所述的光纖的 引出端連接耦合器的輸出端，耦合器的一個(gè)輸入端連接光源，另一個(gè)反射輸入端連接光電 轉(zhuǎn)換器，所述的光電轉(zhuǎn)換器與示波器相連。
3. 如權(quán)利要求1所述的用于錨桿錨固質(zhì)量檢測的雙光纖光柵傳感器，其特征在于：所 述的傳感光柵黏貼于彈性塊I內(nèi)部的凹槽內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求1所述的用于錨桿錨固質(zhì)量檢測的雙光纖光柵傳感器，其特征在于：所 述的彈性塊I、彈性塊II均牢固粘貼于夾子內(nèi)壁上。
5. 如權(quán)利要求1所述的用于錨桿錨固質(zhì)量檢測的雙光纖光柵傳感器，其特征在于：所 述的匹配光柵在彈性塊II的保護(hù)下自由放置，不受壓力。
6. 如權(quán)利要求1所述的用于錨桿錨固質(zhì)量檢測的雙光纖光柵傳感器，其特征在于：所 述的彈性塊I用于感知錨桿的彈性波，且將彈性波間接作用于傳感光柵上。
7. 如權(quán)利要求1所述的用于錨桿錨固質(zhì)量檢測的雙光纖光柵傳感器，其特征在于：所 述兩個(gè)光柵的柵長要小于施加的激振信號在錨桿中傳播波長的一半。
【文檔編號】G01H9/00GK104062363SQ201410280674
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】蔣奇, 王艷, 閆濤, 宋金雪, 周信 申請人:山東大學(xué)