[实用新型]一种活塞式菱形结构光纤Bragg光栅渗压传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种活塞式菱形结构光纤Bragg光栅渗压传感器，属于光电子测量器件技术领域。

背景技术

由于开采深度的延伸和开采范同的扩大，矿井生产向纵深发展，水患威胁日益严重，防治任务更加艰巨，矿井水灾严重威胁煤矿安全生产和矿井的生命安全，对煤矿水害的预测与防治研究已经被提高到越来越重要的地位。承压水的压力是研究和预测突水问题最重要参量，所以对它的实时监测是预测突水事故的重要依据。电类传感技术目前在矿井地质灾害监测中应用较多，发挥了极为重要的作用，但是由于电类传感器是有源器件，防水性能差、长期稳定性能与抗腐蚀性能较差，在地下工程复杂环境下长期使用易损坏或发生零漂等现象，严重影响了监测信息的有效性、稳定性与置信度。光纤传感器有抗电磁干扰、防水性能强、动态范围宽、灵敏度高、便于组网、可实现分布式测量等优点，为实现矿井灾害监测与预测提供了可行的途径。

通过采用光纤Bragg光栅渗压传感器对环境渗压进行实时在线监测时，需要考虑光纤Bragg光栅渗压传感器的构成，及如何安装来实现测量时对光纤的保护问题。

发明内容

本实用新型提供了一种活塞式菱形结构光纤Bragg光栅渗压传感器，以用于解决对渗压的实时在线监测时光纤Bragg光栅渗压传感器的结构、安装问题。

本实用新型的技术方案是：一种活塞式菱形结构光纤Bragg光栅渗压传感器，包括进压口1、承压活塞2、上支撑架3、压力导杆4、菱形传压结构5、上弹性钢片6、下弹性钢片7、温补光纤Bragg光栅8、下支撑架9、光纤Bragg光栅10、导出光纤11、引出孔12；其中进压口1分布在传压仓中，上支撑架3、下支撑架9焊接在外壳上，上支撑架3的中间连接承压活塞2，承压活塞2的底部连接压力导杆4的一端，压力导杆4的另一端与菱形传压结构5的上端相连，上弹性钢片6、下弹性钢片7对称固定在菱形传压结构5的上半部和下半部，温补光纤Bragg光栅8的一端与上支撑架3相连，下支撑架9与菱形传压结构5的下端相连，光纤Bragg光栅10粘贴在上弹性钢片6、下弹性钢片7上，温补光纤Bragg光栅8、光纤Bragg光栅10的导出光纤11通过位于下支撑架9的引出孔12引出并与外接光缆相连接。

所述引出孔12使用环氧树脂进行密封。

本实用新型的工作原理是：

承压活塞2把压力仓中的渗压通过压力导杆4传递给菱形传压结构5，菱形传压结构5拉动弹性钢片的两端，带动粘贴在弹性钢片上的Bragg光栅10拉伸，将被测环境渗压的检测转化为对光纤Bragg光栅波长的调制，上下对称的测量有助于提高测量精度，与上支撑架相连的松弛温补光纤Bragg光栅8用于温度补偿；温补光纤Bragg光栅8、光纤Bragg光栅10的导出光纤11通过位于下支撑架9的引出孔12与外接光缆相连接，使用环氧树脂对引出孔12进行密封，构成活塞式菱形结构光纤Bragg光栅渗压传感器。

本实用新型的数学模型分析如下：

传压杆传递给菱形传压结构的力为F，菱形传压结构的受力方程是：

                                         （1）

式中：为作用到菱形传压结构5左连接节点水平向左方向的力，为菱形传压结构5的左上杆与垂直方向的夹角。

以菱形传压结构5上连接节点为支点的力矩平衡方程：

F₁L₁= F₂L₂                                                        （2）

式中：F₂为弹性钢片对菱形传压结构5反作用拉力，L₁、L₂分别为F₁、F₂的力矩，把（1）式带入（2）式得： 

                                                      （3）

令渗压为P，活塞面积为S则：                    

                                                            （4）

将（4）带入（3）得：