CN210486868U - 一种基于菱形位移放大结构的光纤光栅沉降传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于菱形位移放大结构的光纤光栅沉降传感器，包括外筒，所述外筒外侧安装有液位观察窗，可观测桶内液体深度，且所述外筒底部固定安装有底座，可将传感器固定在待监测位置，所述外筒中装有液体，外筒上外接有液体连通管和大气连通管，所述内筒安装于外筒内侧，并浸在液体中，所述内筒由筒体、弹性波纹膜片、菱形放大结构和固定杆组成；所述内筒底部设有弹性波纹膜片，该弹性波纹膜片与所述内筒通过高强度树脂胶相连接，通过光纤光栅波长解调仪将金属化光纤光栅的波长信号转换成电信号对波长变化进行解调，并将结果在计算机上显示出来，实现实时在线监测实现在恶劣条件下的长期在线沉降监测。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种传感器技术领域，具体为一种基于菱形位移放大结构的光纤光栅沉降传感器。
背景技术
沉降监测是大型基础设施结构健康安全监测的重要组成部分，对高速铁路桥梁、隧道等结构附近的轨道过渡区域进行早期沉降监测，有沉降趋势时，采取必要措施，可以延长铁路的运行寿命；在电力***中，大型输电塔在电力传输中扮演着很重要的角色，为保证电力传输安全运行，对大型输电塔塔基进行沉降监测是非常必要的；由于各种自然原因或者人为因素，使建筑物的地基不稳定，发生沉降，致使基础设施发生倾斜或开裂等现象，影响其使用寿命，降低安全系数，甚至造成巨大的经济损失，因此，应及时发现设施的沉降现象，从而保证基础设施的安全使用。
目前沉降监测方法中，包括电磁、振弦、雷达成像、GPS等测量方法，电磁式与振弦式传感器易受电磁干扰，远距离传输信号易损耗，可靠性不高，雷达成像、GPS测量方法测量精度低、成本高等，以上沉降监测方法不适用于在恶劣条件下的长期在线沉降监测，基于目前的沉降监测技术已经不能满足现阶段人们的需求，基于现状，急需对现有技术进行改革。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于菱形位移放大结构的光纤光栅沉降传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。
本实用新型提供如下技术方案一种基于菱形位移放大结构的光纤光栅沉降传感器，包括：测量筒与基准筒，所述测量筒与基准筒结构相同，且测量筒与基准筒均由内筒和外筒两部分构成，所述外筒外侧安装有液位观察窗，可观测桶内液体深度，且所述外筒底部固定安装有底座，可将传感器固定在待监测位置，所述外筒中装有液体，外筒上外接有液体连通管和大气连通管。
所述内筒安装于外筒内侧，并浸在液体中，所述内筒由筒体、弹性波纹膜片、菱形放大结构和固定杆组成；所述内筒底部设有弹性波纹膜片，该弹性波纹膜片与所述内筒通过高强度树脂胶相连接，所述内筒内设有固定杆，且固定杆底端通过螺栓与菱形放大结构的上端固定连接，且固定杆顶端通过螺栓固定在筒体上侧，所述菱形放大结构下侧与弹性波纹膜片相接触，所述菱形放大结构内部中间固化有金属化光纤光栅，且金属化光纤光栅与光纤光栅波长解调仪连接，且光纤光栅波长解调仪将光纤光栅的波长信号转换成电信号对光纤光栅波长变化进行解调，且光纤光栅波长解调仪电连接计算机。
优选的，所述外筒所处监测环境温度较高时，外筒中的液体使用水连通介质，当传感器所处环境过低时，外筒中的液体使用防冻液作为连通介质。
优选的，所述内筒采用固定式内筒结构固定于外筒内部。
优选的，所述菱形放大结构作为敏感元件，将弹性波纹膜片的微小位移放大。
优选的，所述金属化光纤光栅通过激光焊接技术将金属化光纤光栅焊接于菱形放大结构中间，且金属化光纤光栅固定连接温度补偿光纤光栅，且温度补偿光纤光栅的一端通过激光焊接技术焊接于菱形放大结构外侧，进行温度补偿。
有益效果：本实用新型外筒中的液体可以随着温度的变化实时改变为水或者防冻液作为连通介质使用，适用于不同温度条件下的沉降监测，且内筒固定于外筒内部，不易受振动因素影响，可靠性更高，通过光纤光栅波长解调仪将金属化光纤光栅的波长信号转换成电信号对波长变化进行解调，并将结果在计算机上显示出来，实现实时在线监测实现在恶劣条件下的长期在线沉降监测。
附图说明
图1为本实用新型整体结构示意图；
图2为本实用新型金属化光纤光栅和温度补偿光纤光栅结构示意图。
图中：1、外筒，2、内筒，3、液位观察窗，4、底座，5、菱形放大结构，6、金属化光纤光栅，7、温度补偿光纤光栅，8、筒体，9、弹性波纹膜片，10、液体连通管，11、大气连通管，12、光纤光栅波长解调仪，13、计算机，14、固定杆。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参考图1和图2，本实用新型提供如下技术方案一种基于菱形位移放大结构的光纤光栅沉降传感器，包括：测量筒与基准筒，所述测量筒与基准筒结构相同，且测量筒与基准筒均由内筒2和外筒1两部分构成，所述外筒1外侧安装有液位观察窗3，可观测桶内液体深度，且所述外筒1底部固定安装有底座4，可将传感器固定在待监测位置。
所述外筒中装有液体，外筒上外接有液体连通管和大气连通管，所述外筒所处监测环境温度较高时，外筒中的液体使用水连通介质，当传感器所处环境过低时，外筒中的液体使用防冻液作为连通介质，液体可以随着温度的变化实时改变为水或者防冻液作为连通介质使用，适用于不同温度条件下的沉降监测。
所述内筒2安装于外筒1内侧，并浸在液体中，所述内筒2由筒体8、弹性波纹膜片9、菱形放大结构5和固定杆14组成；所述内筒2底部设有弹性波纹膜片9，该弹性波纹膜片9与所述内筒2通过高强度树脂胶相连接，所述内筒2内设有固定杆14，且固定杆14底端通过螺栓与菱形放大结构5的上端固定连接，且固定杆14顶端通过螺栓固定在筒体8上侧，所述菱形放大结构5下侧与弹性波纹膜片9相接触，所述菱形放大结构5内部中间固化有金属化光纤光栅6，且金属化光纤光栅6与光纤光栅波长解调仪12连接，且光纤光栅波长解调仪12将金属化光纤光栅6的波长信号转换成电信号对光纤光栅波长变化进行解调，且光纤光栅波长解调仪12电连接计算机13。
进一步的，所述内筒2采用固定式内筒结构固定于外筒1内部，不易受振动因素影响，可靠性更高。
进一步的，所述菱形放大结构5作为敏感元件，将弹性波纹膜片9的微小位移放大，提高传感器灵敏度。
进一步的，所述金属化光纤光栅6通过激光焊接于菱形放大结构5中间，且金属化光纤光栅6固定连接温度补偿光纤光栅7，且温度补偿光纤光栅7的一端通过激光焊接技术焊接于菱形放大结构5外侧，进行温度补偿。
当环境发生沉降时，外筒1中液位上升，内筒2底部压力增大，挤压弹性波纹膜片9通过固化在菱形放大结构5上的金属化光纤光栅6和温度补偿光纤光栅7的波长漂移量感知液位变化，进而实现沉降监测；
具体的，当沉降传感器所处环境发生沉降时，沉降量为ΔH，外筒1中的液位升，液位变化量为ΔH。内筒2底部压力增大，压力变化量为ΔF，根据液体压强原理可得出下式：ΔF＝ρlgΔHS；
式中ρl为液体密度，g为重力加速度，S为弹性波纹膜片9的面积，当底部压力增大，挤压内筒底部弹性波纹膜片9，菱形放大结构5同时也受到向上的挤压力ΔF，菱形放大结构5发生形变，竖直方向长度变短，水平方向长度变长。菱形放大结构5产生形变量。
菱形放大结构5可看做一个弹性结构，可得出：ΔF＝AΔx；
式中，A为菱形放大结构的弹性系数，Δx为菱形放大结构竖直方向上受力所发生的形变量，由于菱形放大结构5可将竖直方向上的位移量在水平方向上放大，设其放大倍数为B，菱形放大结构5水平方向初始长度为L，联立可得出金属化光纤光栅5的波长变化量与沉降量的关系
当传感器所处环境发生沉降时，传感器内部液位会变化为ΔH(上升或下降)，这将会使菱形放大结构5上所固化的金属化光纤光栅6中心波长产生变化，通过光纤光栅波长解调仪12与金属化光纤光栅6和温度补偿光纤光栅7相连接，且光纤光栅波长解调仪12将金属化光纤光栅6的波长信号转换成电信号对波长变化进行解调，在计算机13上显示出来，实现实时在线监测实现在恶劣条件下的长期在线沉降监测。
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于菱形位移放大结构的光纤光栅沉降传感器，包括测量筒和基准筒，所述测量筒和基准筒结构相同，其特征在于：所述测量筒和基准筒均由外筒(1)和内筒(2)两部分构成；
所述外筒(1)外侧安装有液位观察窗(3)，且所述外筒(1)底部固定安装有底座(4)，所述外筒(1)外接有液体连通管(10)和大气连通管(11)；
所述外筒(1)内侧安装有内筒(2)，所述内筒(2)由筒体(8)、弹性波纹膜片(9)、菱形放大结构(5)和固定杆(14)组成；
所述内筒(2)底部设有弹性波纹膜片(9)，该弹性波纹膜片(9)与所述内筒(2)通过高强度树脂胶相连接；
所述内筒(2)内设有固定杆(14)，且固定杆(14)底端通过螺栓与菱形放大结构(5)的上端固定连接，且固定杆(14)顶端通过螺栓固定在筒体(8)上侧；
所述菱形放大结构(5)下侧与弹性波纹膜片(9)相接触；
所述菱形放大结构(5)内部中间固化有金属化光纤光栅(6)，且金属化光纤光栅(6)与光纤光栅波长解调仪(12)连接，且光纤光栅波长解调仪(12)电连接计算机(13)。
2.根据权利要求1所述的一种基于菱形位移放大结构的光纤光栅沉降传感器，其特征在于：所述外筒(1)中装有液体，当所述外筒(1)所处监测环境温度较高时，外筒(1)中的液体使用水作为连通介质；
当所述外筒(1)所处环境过低时，所述外筒(1)中的液体使用防冻液作为连通介质。
3.根据权利要求1所述的一种基于菱形位移放大结构的光纤光栅沉降传感器，其特征在于：所述内筒(2)采用固定式内筒结构固定于外筒(1)内部。
4.根据权利要求1所述的一种基于菱形位移放大结构的光纤光栅沉降传感器，其特征在于：所述菱形放大结构(5)作为敏感元件，将弹性波纹膜片的微小位移放大。
5.根据权利要求1所述的一种基于菱形位移放大结构的光纤光栅沉降传感器，其特征在于：所述金属化光纤光栅(6)通过激光焊接于菱形放大结构(5)中间，且金属化光纤光栅(6)一端固定连接温度补偿光纤光栅(7)；且，
温度补偿光纤光栅(7)的另一端通过激光焊接于菱形放大结构(5)外侧。
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| CN201922050382.XU CN210486868U (zh) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | 一种基于菱形位移放大结构的光纤光栅沉降传感器 |
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Country Status (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112945438A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-06-11 | 中国人民解放军军事科学院国防工程研究院工程防护研究所 | 一种光纤式土压力传感器 |
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2019
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| CN112945438A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-06-11 | 中国人民解放军军事科学院国防工程研究院工程防护研究所 | 一种光纤式土压力传感器 |
| CN112945438B (zh) * | 2021-03-16 | 2023-08-22 | 中国人民解放军军事科学院国防工程研究院工程防护研究所 | 一种光纤式土压力传感器 |
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