[發(fā)明專利]一種內(nèi)部應(yīng)力量測(cè)裝置及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010700422.5
• 申請(qǐng)日: 2020-07-20
• 公開（公告）號(hào): CN112014011B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐東升;閆嘉鳴;范小春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/24
• 分類號(hào): G01L1/24
• 代理公司: 北京睿博行遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11297
• 代理人: 黃德躍

1.一種內(nèi)部應(yīng)力量測(cè)裝置，其特征在于，主要由主體和底蓋組成，該主體和底蓋均通過3D熔融沉積打印技術(shù)加工完成，為一體化設(shè)計(jì)；該主體包括第一膜片、第一光纖光柵傳感器、側(cè)壁和第二膜片，該側(cè)壁環(huán)繞設(shè)置在第一膜片外圈且該第一膜片固定連接在該側(cè)壁的一側(cè)端口，該側(cè)壁環(huán)繞形成的空間內(nèi)設(shè)置有第二膜片，該第一膜片、側(cè)壁和第二膜片圍成第一空腔，該第一空腔為密閉空腔；該第一光纖光柵傳感器固定連接在第一膜片上；當(dāng)?shù)谝荒て繙y(cè)土體上覆壓力時(shí)，第一膜片受到壓力后發(fā)生變形，因設(shè)置有第一空腔，第二膜片不會(huì)干擾第一膜片的變形，從而使第一光纖光柵傳感器能夠準(zhǔn)確的測(cè)量出土體的上覆壓力；量測(cè)土體上覆壓力的原理為該膜片受到壓力后發(fā)生變形，帶動(dòng)膜片內(nèi)部的第一光纖光柵傳感器發(fā)生波長(zhǎng)漂移；該底蓋包括底蓋膜片、空心柱體和第二光纖光柵傳感器，該空心柱體設(shè)置在該底蓋膜片頂面，該第二光纖光柵傳感器固定連接在該空心柱體的內(nèi)側(cè)面；該空心柱體設(shè)置有頂蓋，該空心柱體與底蓋圍成第二空腔，該第二空腔為密閉空腔；該底蓋與主體合上后，底蓋與主體之間形成第三空腔，該第三空腔在空心柱體外側(cè)；該側(cè)壁開有只通向第三空腔的流水通孔，土體中的水從流水通孔內(nèi)流入第三空腔中，因第二空腔為密閉空腔，水流入后會(huì)形成水壓差作用在空心柱體上，帶動(dòng)空心柱體的側(cè)面變形，繼而使第二光纖光柵傳感器發(fā)生波長(zhǎng)發(fā)生漂移；該內(nèi)部應(yīng)力量測(cè)裝置設(shè)置為雙層一體化結(jié)構(gòu)，將第一光纖光柵傳感器和第二光纖光柵傳感器固定在裝置中，使得第一光纖光柵傳感器與第一膜片、第二光纖光柵傳感器與空心柱體充分接觸；該第一膜片101上設(shè)置有第一凹槽，該第一光纖光柵傳感器固定連接在第一凹槽內(nèi)；該空心柱體的內(nèi)側(cè)面設(shè)置有第二凹槽，該第二光纖光柵傳感器固定連接在第二凹槽內(nèi)；該側(cè)壁上開有輸出口，該第二光纖光柵傳感器的信號(hào)傳輸尾纖部分通過該輸出口穿出；該輸出口開至主體底部，該輸出口位于第一空腔下方；安裝時(shí)空心柱體上的第二凹槽軸向朝向輸出口，使得第二光纖光柵傳感器的信號(hào)傳輸尾纖部分能夠?qū)?zhǔn)輸出口穿出；該輸出口設(shè)置為不封頂?shù)陌疾劭冢阌诘咨w和主體安裝時(shí)第二光纖光柵傳感器順利穿出；該第一光纖光柵傳感器和主體為一體化設(shè)置，該第一光纖光柵傳感器固定后繼續(xù)在該第一光纖光柵傳感器上打印，該第一光纖光柵傳感器直接穿過側(cè)壁；該側(cè)壁外側(cè)設(shè)置有保護(hù)手柄，該保護(hù)手柄設(shè)置在第一光纖光柵傳感器的穿出處；該保護(hù)手柄為凹槽條狀，該第一光纖光柵傳感器和第二光纖光柵傳感器的信號(hào)傳輸尾纖部分均放入該保護(hù)手柄內(nèi)，與光纖光柵解調(diào)儀相連；該空心柱體設(shè)置為半圓柱形，該空心柱體的直徑稍小于底蓋膜片的直徑，該空心柱體的中心軸線與該底蓋膜片的中心軸線重合；該內(nèi)部應(yīng)力量測(cè)裝置為圓柱形，該空心柱體的圓心設(shè)置在底蓋膜片的圓心上，該第三空腔為底蓋膜片上與空心柱體相對(duì)應(yīng)的另一半的半圓柱空間，該空心柱體上的第二凹槽設(shè)置在半圓柱的內(nèi)側(cè)面直線段；該底蓋和主體安裝時(shí)，該空心柱體的圓弧側(cè)面與主體的側(cè)壁內(nèi)側(cè)面緊貼配合；該第三空腔處的側(cè)壁設(shè)置有若干流水通孔，該流水通口朝向該空心柱體的直線段，使得水流入時(shí)能夠沖向空心柱體的直線段一側(cè)，空心柱體的直線段的兩邊一邊有水，一邊為空腔，進(jìn)而形成水壓差，帶動(dòng)直線段變形，從而帶動(dòng)第二凹槽內(nèi)的第二光纖光柵傳感器發(fā)生波長(zhǎng)漂移；該裝置在制備時(shí)，首先通過3D打印裝置制備，先加工上覆壓力的第一膜片，打印一定厚度的第一膜片第一膜片上設(shè)置有第一凹槽，第一凹槽用于敷設(shè)第一光纖光柵傳感器，開始打印側(cè)壁時(shí)，暫停打印；然后將第一光纖光柵傳感器置于第一凹槽內(nèi)，并確定好位置，將第一光纖光柵傳感器進(jìn)行固定；繼續(xù)打印側(cè)壁，側(cè)壁打印后再打印第二膜片，第一膜片、側(cè)壁和第二膜片圍成第一空腔，第二膜片打印完成后繼續(xù)向上打印側(cè)壁，此時(shí)的側(cè)壁設(shè)置有輸出孔和一定數(shù)量、一定尺寸的流水通孔；加工底蓋，打印底蓋膜片，在底蓋膜片上打印一個(gè)半徑小于底蓋膜片的半圓形的空心柱體，即形狀為“D”字型，該空心柱體打印有上蓋，空心柱體內(nèi)為密閉空腔，空心柱體的內(nèi)側(cè)直線段設(shè)置有第二凹槽，用于放置第二光纖光柵傳感器；最后將第二光纖光柵傳感器置于第二凹槽中，并確定好位置，將第二光纖光柵傳感器進(jìn)行固定。