一種采用光彈性壓力傳感器的壓力測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及壓力測量領(lǐng)域,具體涉及一種采用光彈性壓力傳感器的壓力測量系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 如今壓力傳感器的核心部件多為應(yīng)變片和壓電材料,這種傳感器受環(huán)境影響大, 不適合受力的長期監(jiān)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(xué)與力學(xué)相結(jié)合進(jìn)行應(yīng)力分析的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。將具有雙折射效 應(yīng)的透明材料置于偏振光場中,當(dāng)給其施加載荷時(shí),即可看到產(chǎn)生的干涉條紋圖。測量此干 涉條紋,通過計(jì)算,就能確定材料在受載情況下的應(yīng)力。在采礦和土木工程中采用測定巖體 應(yīng)力的光彈性傳感器,可以測到因施工或地層結(jié)構(gòu)變化引起的應(yīng)力。其形式有圍護(hù)、坑道支 柱應(yīng)力計(jì)或嵌入式巖體應(yīng)力計(jì)等。雖然不需要信號放大和傳輸系統(tǒng),十分便于多測點(diǎn)巡檢 或危險(xiǎn)地區(qū)的遠(yuǎn)距離攝影檢測。但其將光彈性材料直接置于結(jié)構(gòu)內(nèi)部,容易造成傳感器的 損壞,影響其對結(jié)構(gòu)的長期監(jiān)測。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題,本發(fā)明旨在提供一種可安裝到巖石和混凝 土構(gòu)件內(nèi)部,對其所受壓力進(jìn)行長期監(jiān)測的一種采用光彈性壓力傳感器的壓力測量系統(tǒng)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)該技術(shù)目的,本發(fā)明的方案是:一種采用光彈性壓力傳感器的壓力測量系 統(tǒng)包括光彈性壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集操作平臺,所述光彈性壓力傳感器和所述數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集操作平臺的間距是可調(diào)節(jié) 的;
[0006] 所述光彈性壓力傳感器包括外部的圓環(huán)和設(shè)有圓環(huán)內(nèi)部的曲面墊塊和試件,所述 圓環(huán)內(nèi)側(cè)的上部設(shè)有具有向下彎曲的弧面凸塊,所述圓環(huán)內(nèi)側(cè)的下部為平臺,所述曲面墊 塊位于所述圓環(huán)內(nèi)部的上方,所述試件位于所述圓環(huán)內(nèi)部的下方,所述曲面墊塊和試件都 位于所述圓環(huán)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(jié)構(gòu)與所述圓環(huán)內(nèi)側(cè)的弧面凸塊相配合作 用,同時(shí)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(zhì)為光彈性材料,可采用環(huán)氧樹脂、航空有機(jī)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(shù),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(jìn)一步,所述圓環(huán)采用耐候性耐久性優(yōu)良的材料,優(yōu)選鋁合金或陶瓷材料;
[0010] 所述數(shù)據(jù)采集操作平臺上設(shè)有數(shù)據(jù)采集裝置,所述數(shù)據(jù)采集操作平臺上矩陣設(shè)有 多個(gè)螺紋孔,所述螺紋孔上安裝有光學(xué)鏡片固定裝置,所述光學(xué)鏡片固定裝置內(nèi)設(shè)有螺釘、 螺紋桿、卡環(huán)、帶凹槽卡環(huán),所述卡環(huán)和光學(xué)鏡片固定為一體,并置入帶凹槽卡環(huán)的凹槽中, 當(dāng)螺釘擰緊時(shí),卡環(huán)和光學(xué)鏡片不能旋轉(zhuǎn),當(dāng)螺釘松開時(shí),卡環(huán)和光學(xué)鏡片可以旋轉(zhuǎn),通過 螺紋桿可將此裝置安裝在操作平臺上。
[0011] 所述光學(xué)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(nèi)可安裝 光學(xué)鏡片固定裝置,所述光學(xué)鏡片固定裝置內(nèi)可安裝有所述起偏鏡、分析鏡、兩個(gè)四分之一 波片,所述起偏鏡、分析鏡、兩個(gè)四分之一波片可在所述光學(xué)鏡片固定裝置內(nèi)繞軸心旋轉(zhuǎn);
[0012] 所述光源和CCD攝像機(jī)通過所述螺紋孔固定安裝在所述數(shù)據(jù)采集操作平臺上。
[0013] 在所述數(shù)據(jù)采集操作平臺上通過對所述起偏鏡、分析鏡、兩個(gè)四分之一波片、光 源、CCD攝像機(jī)的6個(gè)部件的位置排列進(jìn)行光路調(diào)節(jié);
[0014] 所述光路可采用V型光路或正交型光路;當(dāng)光源為白光時(shí),可根據(jù)光彈性條紋圖 中的顏色實(shí)現(xiàn)壓力的定性觀測,當(dāng)光源為單色光時(shí),可根據(jù)光彈性條紋圖計(jì)算出所受壓力, 實(shí)現(xiàn)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(shè)有以金屬或陶瓷圓環(huán),起到保護(hù)光彈性材料的作 用;
[0017] 2、本發(fā)明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(huán)境影響 小,可進(jìn)行受力長期監(jiān)測;
[0018] 3、本發(fā)明的壓力傳感器中的核心部件光彈性材料是可更換的,進(jìn)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(shù)據(jù)采集操作平臺。
[0021 ] 圖3是光學(xué)鏡片固定裝置示意圖。
[0022] 圖4是數(shù)據(jù)采集光路圖:
[0023] (a)、V 型光路;
[0024] (b)、正交型光路。
[0025] 圖5是不同荷載下光彈性傳感器的光彈性條紋圖。
[0026] 圖6是對徑受壓圓盤受力圖。
[0027] 圖中,1-圓環(huán),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(huán),10-光學(xué)鏡片,11-凹槽,12-四分之一波片,13-起偏鏡, 14-分析鏡,15-光源,16-C⑶攝像機(jī),17-半反射鏡,18-數(shù)據(jù)采集操作平臺,19-光學(xué)鏡片 固定裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0029] -種采用光彈性壓力傳感器的壓力測量系統(tǒng)包括光彈性壓力傳感器4和數(shù)據(jù)采 集操作平臺18,所述光彈性壓力傳感器4和所述數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集操作平臺18的間距是可調(diào)節(jié)的;
[0030] 所述光彈性壓力傳感器4包括外部的圓環(huán)1和設(shè)有圓環(huán)1內(nèi)部的曲面墊塊2和試 件3,所述圓環(huán)1內(nèi)側(cè)的上部設(shè)有具有向下彎曲的弧面凸塊,所述圓環(huán)1內(nèi)側(cè)的下部為平臺, 所述曲面墊塊2位于所述圓環(huán)1內(nèi)部的上方,所述試件3位于所述圓環(huán)1內(nèi)部的下方,所述 曲面墊塊2和試件3都位于所述圓環(huán)1的垂直對稱軸上;
[0031] 所述曲面墊塊2的上表面為凹面形弧形結(jié)構(gòu)與所述圓環(huán)1內(nèi)側(cè)的弧面凸塊相配合 作用,同時(shí)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;
[0032] 所述試件3材質(zhì)為光彈性材料,可采用環(huán)氧樹脂、航空有機(jī)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(shù),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;
[0033] 進(jìn)一步,所述圓環(huán)1采用耐候性耐久性優(yōu)良的材料,優(yōu)選鋁合金或陶瓷材料;
[0034] 所述數(shù)據(jù)采集操作平臺18上設(shè)有數(shù)據(jù)采集裝置,所述數(shù)據(jù)采集裝置包括起偏鏡 13、 分析鏡14、兩個(gè)四分之一波片12、光源15、CXD攝像機(jī)16,在所述數(shù)據(jù)采集操作平臺18 上矩陣設(shè)有多個(gè)螺紋孔6,所述螺紋孔6內(nèi)可安裝光學(xué)鏡片固定裝置19,所述光學(xué)鏡片固定 裝置19內(nèi)設(shè)置有所述起偏鏡13、分析鏡14、兩個(gè)四分之一波片12,所述起偏鏡13、分析鏡 14、 兩個(gè)四分之一波片12可在所述光學(xué)鏡片固定裝置19內(nèi)繞軸心旋