[發(fā)明專利]一種關(guān)節(jié)式光纖深部位移傳感器及傳感器陣列

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510609531.5
• 申請(qǐng)日: 2015-09-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105091757A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文濤;李芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): G01B11/02
• 分類號(hào): G01B11/02;G01B11/16
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

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)

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。

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。

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。

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

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

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。

(二)技術(shù)方案

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：

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；

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。

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。

(三)有益效果

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)：

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。

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。

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

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；

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

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。

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。