[實(shí)用新型]一種用于錨桿錨固質(zhì)量檢測的雙光纖光柵傳感器

有效

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• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN204028044U
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣奇;王艷;閆濤;宋金雪;周信
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24;G01H9/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙妍

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型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)

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。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對上述不足，本實(shí)用新型公開了一種結(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。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

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)的凹槽里放置一個傳感光柵，在所述的彈性塊II中空處放置一個處于自由狀態(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，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域或頻域特性。

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輸出端，耦合器的一個輸入端連接光源，另一個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。

所述的傳感光柵黏貼于彈性塊I內(nèi)部的凹槽內(nèi)。

所述的彈性塊I、彈性塊II均牢固粘貼于夾子內(nèi)壁上。

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。

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。

所述兩個光柵為同樣參數(shù)，在一根光纖上加工刻制而成，空間保留距離，用來保證兩個光纖布拉格光柵放置在兩塊彈性體中。

為了更靈敏的檢測到信號，兩個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；

所述匹配光柵對傳感光柵具有溫度、擾動補(bǔ)償作用。

所述的同一根光纖上兩個光柵為強(qiáng)度解調(diào)原理，當(dāng)傳感光柵的中心波長發(fā)生偏移時，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。

本實(shí)用新型采用上述結(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，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域或頻域特性，為錨桿錨固質(zhì)量的分析提供有力依據(jù)。

本實(shí)用新型的有益效果如下：

本實(shí)用新型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FBG器件來實(shí)現(xiàn)，利用兩個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。而且采用兩個參數(shù)相同的光柵，可以消除溫度影響和外部干擾。

附圖說明