CN2715126Y - 光纤倾斜传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光纤倾斜传感器，传感器的主体是一个容器，容器内装液体，液体表面具有高反射性或浮有一镀反射膜的浮子，容器用金属盖板密封，盖板上设有一对光纤探头固定座，并安装一对排列方向与被测对象倾向方向一致的光纤探头，光纤探头的端面和高反射性液面或浮子表面分别构成两个法珀腔，利用光纤法珀干涉方法测量液位变化，获得被测对象的倾斜角度，提高测量精度，避免电磁干扰，传输距离长，信号解调无需特殊二次仪表，降低了测量成本，结构简单。

Description

光纤倾斜传感器

技术领域

本实用新型涉及一种用于建筑结构健康监测的光纤传感器。

背景技术

在对大型建筑设施安全状况的监测中，对桥墩、主梁等的倾斜角度进行测量，可以通过计算获得桥墩的位移、梁的挠度等重要信息，因此对大型建筑设施的结构进行倾斜角度测量，是桥梁结构状态监测的主要方法之一。而对倾斜角度测量大量使用的是倾斜仪，它是以测定变形体上变形点的特征线相对于基垂线(或基水准线)的角度偏移为目的。现有倾斜仪主要有机械式或者电子类的，在目前市场上的产品中，按工作原理进行分类，主要有电解液式、振弦式和力平衡式，它们多含有电子传感器件及遥控器件，具有安装方便，使用灵活、容易确立基准、能适合恶劣环境下长期自动工作等优点。但同时也各自存在一些缺点，主要表现为以下几个方面：

(1)结构复杂，性能价格比低

(2)电类测量仪器，测量精度和长期稳定性易受到电源波动的影响

(3)抗电磁干扰、耐腐蚀、耐潮的能力差

(4)不能和光纤传输***融合，信号传输距离短

(5)需要特殊的二次仪表，不利于和光纤应变传感器***融合

上述缺点，导致现有的倾斜仪不适合在建筑结构长期在线监测中使用。

发明内容

本实用新型的目的就在于针对现有建筑结构长期在线监测中使用的倾斜仪存在的缺点，而提供一种光纤倾斜传感器，利用光纤法珀干涉方法测量液位变化，提高测量精度，避免电磁干扰，传输距离长，结构简单。

本光纤倾斜传感器是主要基于光纤珐珀传感器的原理，其主体是一个容器，容器内装液体，液体表面具有高反射性或浮有一镀反射膜的浮子，容器顶部用金属盖板密封，盖板上设有两个光纤探头固定座，并安装了两个光纤探头，两个光纤探头排列方向与被测对象倾斜向方向一致。其原理如图1(a)所示，用两光纤探头的端面和浮子表面分别构成两个法珀腔，当容器处于水平状态时，两个FP腔的初始腔长相等，即h₁＝h₂＝h₀。如果容器沿顺时针方向倾斜一微小的角度θ，如图1(b)所示，h₁′≠h₂′，两FP腔腔长不等。利用通用的光纤法珀传感器解调装置可以计测量出h₁′和h₂′，在倾斜角度很小的情况下(通常小于1°)，并根据几何关系可以计算得到：

$\mathrm{tg\θ}=\frac{h_2^{\′}-h_1^{\′}}{d}------------------\left(1\right)$

因而求得

$\mathrm{\θ}=\mathrm{arctg}\frac{h_2^{\′}-h_1^{\′}}{d}---------------------\left(2\right)$

当θ很小时，可以近似得到

$\mathrm{\θ}\≈\mathrm{tg\θ}=\frac{h_2^{\′}-h_1^{\′}}{d}--------------------\left(3\right)$

倾斜方向取决于θ值的正负，θ为正时，倾角为顺时针方向；θ为负时，倾角为逆时针方向。

本光纤倾斜传感器在盖板上还设有加液小孔，可以通过小孔添加液体，调整初始的腔长h₁＝h₂＝h₀，使初始腔长满足光纤法珀传感器解调装置的要求；调整完毕后，小孔可以封闭。容器底部还设置有安装调整螺钉，用于安装中调水平。

进一步，在盖板上相对于前一对光纤探头固定座的另一方向上还可以设另一对光纤探头固定座，并安装另一对光纤探头，与高反射性液面或浮子表面构成另两个法珀腔，由此可以实现二维倾斜测量。

本光纤倾斜传感器的主要优点：

(1)利用光纤法珀干涉方法测量液位变化，采用光纤和高反射的浮子构成法珀腔，既保证了传感器的信号质量，又避免了液体表面波动带来的干扰，测量精度高，稳定性好，结构简单；

(2)采用光纤技术，不受电磁干扰，耐腐蚀、耐潮；

(3)可与光纤传输***无缝融合，传输距离长，更加适合建筑结构长期在线监测；

(4)本传感器的信号解调只需采用通用的光纤法珀传感器解调装置，无需特殊二次仪表，有利于与光纤法珀应变传感器、光纤法珀温度传感器等构成大型光纤测试网络；

(5)在另一方向增加两个光纤探头，还可容易地实现二维倾斜测量，在不改变传感器结构，不增加测量成本的前提下，大大拓展传感器的应用空间。

附图说明

图1是本光纤倾斜传感器的结构示意图；其中a是未倾斜状态的结构；b倾斜状态的结构；

图2是实现二维倾斜测量的光纤倾斜传感器顶视图。

具体实施方式

参见图1，光纤倾斜传感器的主体是一个容器5，容器内装液体7，液体表面有一镀反射膜的浮子6，容器顶部用金属盖板4密封，盖板上设有两个光纤探头固定座2，并安装了两个光纤探头1。用两光纤探头1的端面和浮子6表面分别构成两个法珀腔。容器5底部还设置有安装调整螺钉8，用于安装中调水平。

参见图2，光纤倾斜传感器也可以用于实现二维倾斜测量，需要改变的是在图1结构的基础上，在盖板4上沿X方向和Y方向分别各设置一对倾斜测量的光纤探头1-X和1-Y，这样两组光纤探头的端面和浮子6表面分别在X方向和Y方向上构成两组即四个法珀腔，分别测得X方向和Y方向的倾斜情况，实现二维倾斜测量。

尽管上述实施例采用了镀有反射膜的浮子6和光纤探头构成法珀腔，但仍然可以利用其它高反射的液面(如水银)于光纤探头构成法珀腔，从而实现本实用新型而不背离权利要求书中所定义的本使用新型的实质和范围。

Claims (4)

1、光纤倾斜传感器，其特征在于：传感器的主体是一个容器(5)，容器内装液体(7)，液体表面具有高反射性或浮有一镀反射膜的浮子(6)，容器用金属盖板(4)密封，盖板上设有一对光纤探头固定座(2)，并安装一对排列方向与被测对象倾向方向一致的光纤探头(1)，光纤探头(1)的端面和高反射性液面或浮子(6)表面分别构成两个法珀腔。

2、根据权利要求1所述的光纤倾斜传感器，其特征在于：在盖板上相对于前一对光纤探头固定座的另一方向上还设有另一对光纤探头固定座，并安装另一对光纤探头，与高反射性液面或浮子(6)表面构成另两个法珀腔。

3、根据权利要求1或2所述的光纤倾斜传感器，其特征在于：盖板上设有加液孔(3)。

4、根据权利要求1或2所述的光纤倾斜传感器，其特征在于：容器(5)底部设置安装调整螺钉(8)。