一種關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器及傳感器陣列的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及路基沉降監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器，適用于路基深部的位移或形變的測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0002]公路、鐵路沿線的路基或其它建筑物的地基，常常緩慢的沉降或地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)變形，從而對(duì)地面建筑構(gòu)成威脅。因此，對(duì)路基/地基的深部位移或形變監(jiān)測(cè)十分重要。目前典型的深部位移傳感器有電容式或渦流式位移傳感器。通過(guò)電傳感器測(cè)得位移量并將位移量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入分析設(shè)備進(jìn)行計(jì)算，最后得出深部位移量。但是，電子類(lèi)傳感器存在密封性差、易漏電、易腐蝕、受電磁干擾、易受雷擊等問(wèn)題，在實(shí)際工程應(yīng)用中存在很多問(wèn)題。
[0003]光纖傳感器采用光纖進(jìn)行傳感和傳輸，不存在上述問(wèn)題，因此近年得到了越來(lái)越多的重視。
[0004]黎劍華等人提出了一種軟基沉降監(jiān)測(cè)的光纖位移傳感器(光纖Bragg光柵在公路軟基沉降監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，中南大學(xué)學(xué)報(bào)，42 (5)，2011)，該光纖位移傳感器采用大直徑圓盤(pán)下面安裝彈簧，彈簧再連接光纖光柵的方式感受深部位移。該設(shè)計(jì)的不足在于:1)必須采用大直徑圓盤(pán)才能將土體的位移和應(yīng)變傳遞到光纖光柵位移傳感器，從而限值了傳感器的直徑不能做小，進(jìn)而增加了安裝難度；2)需要安裝低彈性系數(shù)的彈簧，從而使傳感器的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，因而降低了深部位移監(jiān)測(cè)的空間分辨率；3)采用彈簧連接，在一定程度上是“減敏”作用，從而使傳感器的靈敏度較低。
[0005]因此，如何提高傳感器的靈敏度、減小光纖深部位移傳感器的直徑，使鉆孔安裝更加方便、并且減小傳感器的長(zhǎng)度，提高深部位移監(jiān)測(cè)的空間分辨率，成為光纖位移傳感器用于深部位移和變形監(jiān)測(cè)目前亟需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007]本發(fā)明的目的在于，提供一種關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器及傳感器陣列，用于路基或地基的深部位移或形變的監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)解決目前光纖位移傳感器用于深部位移監(jiān)測(cè)直徑過(guò)大、長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)、靈敏度不高的問(wèn)題。
[0008]( 二)技術(shù)方案
[0009]本發(fā)明提供一種關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器，包括保護(hù)軟管、上關(guān)節(jié)、下關(guān)節(jié)、軸及光纖光柵，其中:
[0010]上關(guān)節(jié)和下關(guān)節(jié)設(shè)于腔體中，其中，上關(guān)節(jié)和下關(guān)節(jié)分別具有頭部和身部，身部與保護(hù)軟管的管壁緊貼，上關(guān)節(jié)的頭部與下關(guān)節(jié)的頭部通過(guò)軸鉸接，并且上關(guān)節(jié)的頭部、下關(guān)節(jié)的頭部與管壁圍成一容置空間；
[0011]光纖光柵設(shè)于容置空間中，其一端固定在上關(guān)節(jié)上，另一端固定在下關(guān)節(jié)上。
[0012]本發(fā)明還提供一種關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器陣列，包括多個(gè)關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器。
[0013]本發(fā)明的工作原理為，當(dāng)路基的土體產(chǎn)生位移或形變時(shí)，將壓迫保護(hù)軟管，從而產(chǎn)生局部變形，使保護(hù)軟管產(chǎn)生彎曲。在發(fā)生局部形變位置的保護(hù)軟管內(nèi)部的關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器將受到保護(hù)軟管變形的壓迫并隨之變形，這一變形使得上關(guān)節(jié)與下關(guān)節(jié)發(fā)生如同關(guān)節(jié)一樣的旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)固定于上關(guān)節(jié)與下關(guān)節(jié)之間的光纖光柵產(chǎn)生形變，導(dǎo)致光纖光柵的輸出波長(zhǎng)發(fā)生變化。通過(guò)監(jiān)測(cè)光纖光柵輸出波長(zhǎng)的變化就可得到路基深部位移的大小。
[0014](三)有益效果
[0015]本發(fā)明提供的關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器及傳感器陣列具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1、本發(fā)明采用在保護(hù)軟管內(nèi)部安裝上關(guān)節(jié)與下關(guān)節(jié)的方式，在二者之間安裝光纖光柵，大大減小了傳感器的外徑。
[0017]2、本發(fā)明對(duì)上下關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度要求不高，可以將上下關(guān)節(jié)做得比較短，大大減小傳感器的長(zhǎng)度，尤其是在組成陣列時(shí)優(yōu)勢(shì)更加明顯，從而提高深部位移監(jiān)測(cè)的空間分辨率。
[0018]3、本發(fā)明提供的這種關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器，其靈敏度可以通過(guò)光纖光柵與軸之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，極大地提高了深部位移傳感器的靈敏度。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器的示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器陣列安裝于路基內(nèi)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明提供一種關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器，包括保護(hù)軟管、上關(guān)節(jié)、下關(guān)節(jié)、軸及光纖光柵，上關(guān)節(jié)和下關(guān)節(jié)設(shè)于腔體中，上關(guān)節(jié)和下關(guān)節(jié)的身部與保護(hù)軟管的管壁緊貼，頭部在保護(hù)軟管的徑向上寬度縮小，從而與管壁不緊貼，上關(guān)節(jié)的頭部與下關(guān)節(jié)的頭部通過(guò)軸鉸接，并且上關(guān)節(jié)的頭部、下關(guān)節(jié)的頭部與管壁圍成一容置空間，光纖光柵設(shè)于容置空間中，其一端固定在上關(guān)節(jié)上，另一端固定在下關(guān)節(jié)上。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，上關(guān)節(jié)與下關(guān)節(jié)具有內(nèi)部貫穿的孔，用于使光纖光柵的光纖穿過(guò)，在具體實(shí)施過(guò)程中，光纖光柵也可是換作其他雙偏振的光纖器件，如相移光柵、長(zhǎng)周期光柵、啁啾光柵等。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，容置空間的形狀為弓形，也可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)其他形狀。
[0024]本發(fā)明還提供一種關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器陣列，包括多個(gè)關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器，其中，多個(gè)關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器垂直設(shè)置，并共用保護(hù)軟管，其中，上下兩個(gè)關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器的光纖熔接在一起，或者光纖可沿關(guān)節(jié)與保護(hù)軟管之間的縫隙穿過(guò)。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，上方傳感器的下關(guān)節(jié)與下方傳感器的上關(guān)節(jié)固定在一起。
[0026]綜上所述，本發(fā)明采用在保護(hù)軟管內(nèi)部安裝上關(guān)節(jié)與下關(guān)節(jié)的方式，在二者之間安裝光纖光柵，大大減小了傳感器的外徑；其中上下關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度要求不高，可以將上下關(guān)節(jié)做得比較短，大大減小傳感器的長(zhǎng)度，尤其是在組成陣列時(shí)優(yōu)勢(shì)更加明顯，從而提高深部位移監(jiān)測(cè)的空間分辨率；并且傳感器的靈敏度可以通過(guò)光纖光柵與軸之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，極大地提高了深部位移傳感器的靈敏度。
[0027]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0028]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器的示意圖，如圖1所示，關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器包括保護(hù)軟管10、上關(guān)節(jié)20、下關(guān)節(jié)30、軸40及光纖光柵50。
[0029]上關(guān)節(jié)20和下關(guān)節(jié)30設(shè)于腔體中，其中，上關(guān)節(jié)20和下關(guān)節(jié)30分別具有頭部和身部，身部與保護(hù)軟管10的管壁緊貼，上關(guān)節(jié)20的頭部與下關(guān)節(jié)30的頭部通過(guò)所述軸40鉸接，使上下關(guān)節(jié)能繞軸旋轉(zhuǎn)，上關(guān)節(jié)20的頭部、下關(guān)節(jié)30的頭部與管壁圍成一弓形的容置空間。
[0030]光纖光柵50設(shè)于所述容置空間中，其一端固定在所述上關(guān)節(jié)20上，另一端固定在所述下關(guān)節(jié)30上；上關(guān)節(jié)20與下關(guān)節(jié)30具有內(nèi)部貫穿的孔，用于使光纖光柵50的光纖穿過(guò)。
[0031]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器陣列安裝于路基內(nèi)的示意圖，如圖2所示，關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器陣列包括多個(gè)關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器，多個(gè)關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器垂直設(shè)置，并共用保護(hù)軟管10，其中，上下兩個(gè)關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器的光纖熔接在一起。上方傳感器的下關(guān)節(jié)30與下方傳感器的上關(guān)節(jié)20固定在一起。
[0032]本實(shí)施例的工作原理為，當(dāng)路基的土體60產(chǎn)生位移或形變時(shí)，將壓迫保護(hù)軟管10，從而產(chǎn)生局部變形，使保護(hù)軟管10產(chǎn)生彎曲。在發(fā)生局部形變位置的保護(hù)軟管10內(nèi)部的關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器將受到保護(hù)軟管10變形的壓迫并隨之變形。這一變形使得上關(guān)節(jié)20與下關(guān)節(jié)30發(fā)生如同關(guān)節(jié)一樣的旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)固定于上關(guān)節(jié)20與下關(guān)節(jié)30之間的光纖光柵50產(chǎn)生形變，導(dǎo)致光纖光柵50的輸出波長(zhǎng)發(fā)生變化。通過(guò)監(jiān)測(cè)光纖光柵50輸出波長(zhǎng)的變化就可得到路基深部位移的大小。
[0033]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器，其特征在于，包括保護(hù)軟管(10)、上關(guān)節(jié)(20)、下關(guān)節(jié)(30)、軸(40)及光纖光柵(50)，其中: 所述上關(guān)節(jié)(20)和下關(guān)節(jié)(30)設(shè)于所述保護(hù)軟管的內(nèi)部，且上關(guān)節(jié)(20)和下關(guān)節(jié)(30)分別具有頭部和身部，所述身部與所述保護(hù)軟管(10)的管壁緊貼，所述頭部在保護(hù)軟管的徑向上寬度縮小，從而與所述管壁不緊貼，所述上關(guān)節(jié)(20)的頭部與下關(guān)節(jié)(30)的頭部通過(guò)所述軸(40)鉸接，并且上關(guān)節(jié)(20)的頭部、下關(guān)節(jié)(30)的頭部與管壁圍成一容置空間； 所述光纖光柵(50)設(shè)于所述容置空間中，其一端固定在所述上關(guān)節(jié)(20)上，另一端固定在所述下關(guān)節(jié)(30)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器，其特征在于，所述上關(guān)節(jié)(20)與下關(guān)節(jié)(30)具有內(nèi)部貫穿的孔，用于使所述光纖光柵(50)的光纖穿過(guò)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器，其特征在于，所述容置空間的形狀為弓形。4.一種關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器陣列，其特征在于，包括多個(gè)如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器陣列，其特征在于，所述多個(gè)關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器垂直設(shè)置，并共用所述保護(hù)軟管(10)，其中，上下兩個(gè)關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器的光纖熔接在一起。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器陣列，其特征在于，上方傳感器的下關(guān)節(jié)(30)與下方傳感器的上關(guān)節(jié)(20)固定在一起。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器及傳感器陣列，傳感器包括保護(hù)軟管、上關(guān)節(jié)、下關(guān)節(jié)、軸及光纖光柵，上關(guān)節(jié)和下關(guān)節(jié)設(shè)于腔體中，上關(guān)節(jié)和下關(guān)節(jié)的身部與保護(hù)軟管的管壁緊貼，上關(guān)節(jié)的頭部與下關(guān)節(jié)的頭部通過(guò)軸鉸接，并且上關(guān)節(jié)的頭部、下關(guān)節(jié)的頭部與管壁圍成一容置空間，光纖光柵設(shè)于容置空間中，其一端固定在上關(guān)節(jié)上，另一端固定在下關(guān)節(jié)上。本發(fā)明用于路基或地基的深部位移或形變的監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)解決目前光纖位移傳感器用于深部位移監(jiān)測(cè)直徑過(guò)大、長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)、靈敏度不高的問(wèn)題。
【IPC分類(lèi)】G01B11/02, G01B11/16
【公開(kāi)號(hào)】CN105091757
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510609531
【發(fā)明人】張文濤, 李芳
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年9月22日