[实用新型]利用光纤Bragg光栅的双膜式土压力传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量边界土压力的利用光纤Bragg光栅的双膜式土压力传感器，属于光电子测量技术领域。

背景技术

土压力是指挡土结构物背后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力，土压力的大小直接决定着挡土构筑物及被挡土体的稳定和安全。现实中影响土压力的因素很多，如土体介质的物理力学性质及结构组成，挡土墙的变形和位移，填土表面荷载，地下水的情况，被挡土体的回填工艺等。众多的实践证明，观测土中的土压力结果相对比较准确，但观测土与构筑物的接触土压力效果尚不是十分理想，往往难以反应地基土的真实受力情况，即使在受力边界十分明显的条件下，接触土压力的监测也不是十分理想，监测值常远远小于理论计算值（欧智勇，詹金林，关于接触土压力观测的探讨，企业科技与发展 ,2007年）。

与本实用新型接近的技术是光纤光栅封装土压力传感器（参见文献：周智，“光纤光栅封装土压力传感器”，实用新型专利说明书，2007年10月，授权公告号：CN200962061）。该技术采用承压板加光纤光栅的结构对土压力进行测量。由于采用的是单膜板，易受土质种类和土压力偏心的影响，对各种环境的适应性较差；标定时，不同的土质对单膜板式传感器的标定曲线有较明显的影响，标定过程较复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用光纤Bragg光栅的双膜式土压力传感器，通过采用双层膜片结构，解决了土压力分布不均和土质种类不同的影响，适应性强，标定简单。

本实用新型采取的技术方案是：包括一次膜片3、二次膜片4、传压油腔5、油嘴2、密封螺钉6、壳体7、底盖8、引出孔9、扇形固定块13、等强度悬臂梁14、光纤Bragg光栅15和外接光缆16；土压力传感器采用了双层膜片结构；一次膜片3通过边缘的环状膜片1与壳体7的外环粘接在一起，二次膜片4焊接在壳体7的内环上，通过油嘴2向一次膜片3和二次膜片4之间形成的传压油腔5注满液压油，二次膜片4通过圆球12与等强度悬臂梁14的自由端紧密接触，圆球12固定在等强度悬臂梁14的自由端，圆球12的顶部与二次膜片4的下表面紧密接触，接触点为二次膜片4的圆心；等强度悬臂梁14的固定端用扇形固定块13固定在壳体7的内部，光纤Bragg光栅15粘贴在等强度悬臂梁14上表面的中心轴线上，光纤Bragg光栅15通过引出孔9与外接光缆16相连接，使用环氧树脂对引出孔9进行密封，最后壳体7与底盖8螺纹连接，构成利用光纤Bragg光栅的双膜式土压力传感器。

其中，所述的二次膜片4的直径远小于一次膜片3的直径；所述的传压油腔5可以通过内部的液压油把一次膜片3受的均布土压力等值传递到二次膜片4上；所述的一次膜片3通过粘接在一次膜片3外环的环状膜片1与壳体7的外环粘接在一起；所述的液压油具有适宜的粘度和良好的抗压性；所述的引出孔9为壳体7内部沿直径方向为引线预留的细孔。

其中，环状膜片1、油嘴2、一次膜片3、二次膜片4、密封螺钉6、壳体7、底盖8、引出孔9、应变片10、外接电缆11、圆球12、扇形固定块13、等强度悬臂梁14、光纤Bragg光栅15、外接光缆16都是市场普通的元件。

本实用新型的有益效果是：

1、适应性强，由于采用双膜结构，撇开了土压力分布不均和土质种类不同的影响,对不同性质和粒径的土质有良好的适应性；

2、准确度高，由于一次膜片的边缘为环状膜片，作用在一次膜片表面的介质压力部分地消除了环状膜片在传压油腔液体压力作用下可能产生的隆起，从而提高了传压油腔的传压效能，提高了测量的准确性；

3、标定简单，本实用新型采用双膜结构，使传感器的标定曲线不因所接触的土质种类不同而有明显差异，从而大大简化了土压力传感器的标定。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图中：1-环状膜片、2-油嘴、3-承压板、4-二次膜片、5-传压油腔、6-密封螺钉、7-壳体、8-底盖、9-引出孔、10-应变片、11-外接电缆、12-圆球、13-扇形固定块、14-等强度悬臂梁、15-光纤Bragg光栅、16-外接光缆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明：