[發(fā)明專利]一種土體壓力和振動一體化感測裝置及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110213947.0
• 申請日: 2021-02-26
• 公開（公告）號: CN113008425B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐東升;李曉寧;李元貝;蘇自強
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01H9/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發(fā)明公開了一種土體壓力和振動一體化感測裝置及其制備方法，該裝置主要由主體、振動檢測模塊和壓力檢測模塊組成。該主體包括底蓋、頂蓋和側(cè)壁，該底蓋的內(nèi)側(cè)面設(shè)置有第一光纖光柵。該振動檢測模塊包括懸臂梁和金屬球，該金屬球設(shè)置在該懸臂梁的一端，該懸臂梁上設(shè)置有第二光纖光柵。該壓力檢測模塊包括兩根承力桿、滑動鉸鏈和應(yīng)變傳遞元件，兩根該承力桿的一端通過滑動鉸鏈設(shè)置在該頂蓋的內(nèi)側(cè)面，兩根該承力桿的另一端通過應(yīng)變傳遞元件分別設(shè)置在該第一光纖光柵的兩端。該土體壓力和振動一體化感測裝置通過在內(nèi)部添加懸臂梁并鋪設(shè)光纖使其具有了測量土中壓力及振動的雙重功能。該制備方法縮短了加工周期，降低了制作成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖光柵傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種土體壓力和振動一體化感測裝置及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著光纖光柵的不斷普及，各類光纖光柵傳感器應(yīng)運而生，并逐漸成為各監(jiān)測領(lǐng)域的主要監(jiān)測手段。在過去的十幾年間，傳感器的研發(fā)工作取得了很大的進展，各種形式的應(yīng)力、位移傳感器層出不窮。最近幾年，光纖光柵傳感器已經(jīng)發(fā)展到可以測溫度，周向應(yīng)力，加速度，總土壓力的階段，并廣泛應(yīng)用于路堤檢測，道路橋梁施工中。但當(dāng)前已經(jīng)研發(fā)出的光纖傳感器大都是單一功能的傳感器，未有可以同時測量土體壓力與震動的傳感器。而且光纖光柵式傳感器分辨率高，不受電磁干擾，性能穩(wěn)定，在土木工程上的應(yīng)用越來越多。

目前常用的傳感器一般使用的是傳統(tǒng)的成型方式，而這些傳統(tǒng)的成型技術(shù)存在一定的不足，在研發(fā)設(shè)計傳感器初期也不方便使用。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，土木工程領(lǐng)域也飛速發(fā)展，道路橋梁越來越多也越來越快，邊坡土體、隧道工程也非常常見。但是隨之而來的問題是，時常發(fā)生道路橋梁超載或者邊坡土體坍塌，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來了極大的危害。其中行駛超載和振動坍塌最為常見，基于此種原因，現(xiàn)需要一種改良的傳感器。該傳感器既可以測量上覆壓力的作用，也可以監(jiān)測振動作用帶來的影響，可以應(yīng)用于道路橋梁、邊坡土體隧道等實體工程中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種土體壓力和振動一體化感測裝置及其制備方法，該傳感器可以監(jiān)測上覆壓力的作用，也可以檢測振動作用。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種土體壓力和振動一體化感測裝置，包括：

主體，包括底蓋、頂蓋和側(cè)壁，所述側(cè)壁為環(huán)狀薄壁，所述底蓋設(shè)置在所述側(cè)壁的一端，所述頂蓋設(shè)置在所述側(cè)壁的另一端，所述底蓋的內(nèi)側(cè)面設(shè)置有第一光纖光柵；

振動檢測模塊，包括懸臂梁和金屬球，所述懸臂梁包括固定端和懸臂端，所述固定端固定在所述側(cè)壁的內(nèi)側(cè)，所述金屬球設(shè)置在所述懸臂端，所述懸臂梁上設(shè)置有第二光纖光柵；以及

壓力檢測模塊，包括兩根承力桿、滑動鉸鏈和應(yīng)變傳遞元件，兩根所述承力桿的一端通過滑動鉸鏈設(shè)置在所述頂蓋的內(nèi)側(cè)面，兩根所述承力桿的另一端通過應(yīng)變傳遞元件分別設(shè)置在所述第一光纖光柵的兩端。

有益效果：該土體壓力和振動一體化感測裝置通過在內(nèi)部添加懸臂梁并鋪設(shè)光纖使其具有了測量土中壓力及振動的雙重功能。該土體壓力和振動一體化感測裝置通過三角形結(jié)構(gòu)將頂蓋中心處所受外界壓力放大后直接作用于第一光纖光柵的兩端，第一光纖光柵產(chǎn)生均勻應(yīng)變，避免了第一光纖光柵反射光譜展寬及啁啾現(xiàn)象。承力桿通過應(yīng)變傳遞元件和底蓋連接，使該土體壓力和振動一體化感測裝置的應(yīng)變傳遞效率不因應(yīng)變傳遞元件與底蓋之間的摩擦而受到影響。通過振動檢測模塊和壓力檢測模塊使得懸臂梁與第二光纖光柵、承力桿與第一光纖光柵充分接觸且協(xié)同變形，解決了裸光纖光柵由于其脆弱、纖細(xì)、容易折斷且抗剪能力差等特點和難以在土木工程中直接達到實際應(yīng)用的問題，可有效地起到溫度補償?shù)淖饔谩?/p>

進一步地，所述懸臂梁包括第一懸梁和第二懸梁，所述第二光纖光柵設(shè)置在所述第一懸梁上，所述第二懸梁上設(shè)置有第三光纖光柵，所述第一懸梁和第二懸梁之間設(shè)置有預(yù)留間隙，其中一根所述承力桿穿過所述預(yù)留間隙設(shè)置在所述第一光纖光柵的端部。