[實用新型]一種差動式光纖土壓計

有效

• 申請號: 201220609105.3
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN202974523U
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 張文濤;李芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本實用新型涉及土木工程監測技術領域，尤其涉及一種光纖土壓計，適用于埋入式的土壓力測量，如巖土工程、邊坡、大壩、路基等工程結構土壓力監測。

背景技術

土壓力作為反映土木工程結構穩定性狀態的主要參數，對其進行實時監測，不僅可以避免重大工程事故發生，而且可以為巖土工程結構的設計、防護以及理論研究提供可靠數據。因此，研制適合于巖土介質環境的壓力傳感器具有重要意義。

目前，應用于土壓力觀測的傳感器主要有振弦式、電阻應變式、差動電阻式、電感式和光纖式等。振弦式土壓計、電阻應變式土壓計、差動電阻式土壓計以及電感式土壓計等電學類傳感器在實際檢測過程存在長期穩定性差、精度低、易受電磁侵擾、實時性以及組網能力差等弊端。

光纖土壓計與傳統的電學類土壓計相比，優勢明顯：靈敏度高、不受電磁干擾、復用簡單、可構成監測網絡、實現多點同步監測，更適合長期實時監測。

土壓計特殊的應用環境，通常需要將其埋入到巖土介質中進行監測。這對于土壓計的設計提出了嚴格要求。主要有：1)土壓計一般應為圓餅形；2)為了與土更好地接觸和傳遞土壓力，土壓計的徑厚比(直徑與厚度之比)一般應大于5～10。

Chiachen?Changa，王俊杰，Zhi?Zhou等人分別報道了不同結構的光纖光柵土壓計。但是，這些光纖光柵土壓計都是將光纖光柵粘結在彈性敏感材料表面，當外界土壓力作用到介質材料上時，彈性敏感材料發生彎曲變形，從而在其表面產生應變，帶動粘結在其上的光纖光柵的輸出波長發生變化，從而解調出土壓力信號。這些技術方案的不足之處有：1)由于光纖光柵的柵區被直接粘結封裝，容易使光纖光柵產生啁啾；2)利用彎曲材料表面的變形產生應變，靈敏度低；3)光纖光柵的柵區被直接粘結封裝，由此帶來的傳感器的熱穩定性較差，不適合在寬溫度變化范圍內工作。

李麗君等人報道了一種光纖光柵土壓力傳感器(ZL201010570760.8)，采用菱形傳力結構技術方案，該方案在一定程度上提高了土壓力傳感器的靈敏度，但其不足之處有：1)增加了傳感器的厚度，為了滿足徑厚比的要求，土壓力傳感器尺寸較大；2)該傳感器結構復雜，工藝難度大；3)該方案將光柵直接粘結在固定于菱形結構左、右角之間對角線的金屬彈性膜片上，因此沒有避免柵區與介質材料直接接觸。

胡志新等人(胡志新等，溫度補償式光纖光柵土壓力傳感器，應用光學，2010，31，(1)：110-113)提出了一種溫度補償式光纖光柵土壓力傳感器，選用有硬中心的平膜片作為彈性元件，通過平膜片上的兩個固定柱將土壓力轉化為光纖光柵的波長飄移，該方案解決了柵區直接封裝帶來的弊端；但不足之處有：1)該方案僅僅利用膜片變形產生的轉角來進行增敏，沒有考慮膜片變形撓度的影響，靈敏低；2)硬心膜片的加工工藝復雜；3)僅僅利用了土壓計一側膜片的變形，沒有充分提高傳感器的靈敏度。

因此，如何在保證徑厚比的條件下減小土壓計的體積，增大土壓計的靈敏度，簡化傳感器的結構和工藝，使光纖光柵土壓計更好的滿足巖土介質監測要求成為目前亟需解決的問題。

本實用新型提出一種差動式光纖土壓計，用于土木工程領域邊坡、大壩等的土壓力監測，重點解決土壓計體積、靈敏度、結構簡化以及封裝工藝等問題。

實用新型內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種差動式光纖土壓計，以解決土壓計體積、靈敏度、結構簡化以及封裝工藝等問題。

(二)技術方案

為達到上述目的，本實用新型提供了一種差動式光纖土壓計，該差動式光纖土壓計包括：壓力盒10，為中空的圓餅形結構；圓形的盒蓋20，設置于壓力盒10的上端，密封壓力盒10；設置于壓力盒10內部第一支撐柱30和第二支撐柱31，二者與該差動式光纖土壓計對稱中心的距離相等；測量土壓力的光纖光柵40，安裝于第一支撐柱30及第二支撐柱31上；以及壓力盒10側壁上的光纖孔11，光纖光柵40的尾纖從該光纖孔11引出。

上述方案中，所述第一支撐柱30的一端安裝于壓力盒10的底部，另一端固定有光纖光柵40，所述第二支撐柱31的一端安裝于壓力盒10的盒蓋20，另一端固定有光纖光柵40，所述光纖光柵40固定于第一支撐柱30的端部與第二支撐柱31的端部之間。

上述方案中，所述第一支撐柱30固定光纖光柵40的端部、所述第二支撐柱31固定光纖光柵40的端部和該差動式光纖土壓計的對稱中心三者處于同一直線。