[发明专利]光纤光栅测斜传感器

说明书

技术领域

 本发明是一种测倾斜传感器，属于一种基于光纤光栅原理的测斜传感器，主要应用于坝体、边坡和路基的斜移测量。

技术背景

   我国的水利水电建设，高速公路建设正处于快速发展的扩张时期，出现了越来越多的高边坡和高填方路基。无论是在大坝坝体内部还是在高填方路基的地基土体，由于填筑体对其施加了较大的压力，产生压缩变形，导致产生较大的土体斜移。对土体斜移的测量是工程监测与工程安全稳定的重要指标之一,因此测斜仪被广泛应用于岩土工程原位监测中，尤其是在边坡、路基、土体坝及地下洞室的深层侧向位移监测。

    传统的测斜传感器多为电子元器件传感器，不可避免的带来了易受电磁辐射干扰。长期稳定性差的缺点，无法满足在强电磁辐射等恶劣工作环境中需要。

     本发明的测斜传感器是基于光纤光栅原理。光纤光栅是一种性能优良的应变传感元件,本身具有灵敏度高，体积小，耐腐蚀，抗电磁辐射等优点，特别适用于长期在线监测，而且多个光纤光栅组成的传感系统，采用一根光缆，可实现准分布式测量。

发明内容

    本发明针对现有技术中的不足并在此基础上进行改进设计，提供一种高灵敏度、大量程的光纤光栅测斜传感器,通过杠杆发大原理使传感器的分辨率成倍增加，本发明的光纤光栅测斜传感器有重力球感应部分、钢板平衡部分、感应光纤光栅、补偿光纤光栅以及其他部件组成。

     本发明最重要的部分是重力球感应部分和钢板平衡部分，每一部分又包括了起放大作用的杠杆，支撑杠杆的轴承，起固定作用的轴承外壳，以及滑轮和链接的金属丝。本发明的创新之处在于利用两个部分的重力，使其在一点（M点）达到平衡。为保证感应光纤光栅发生足够的应变，在传感器体积小的原则下，采用多级杠杆放大的方法将重力球重力放大，杠杆2c、2d、2e的比例分别为1:6、1:10、1:10，将重力为10g的金属球放大为600g，金属丝（3d）将重力球与2e连接，滑轮组（6c、6d）把3d夹在滑轮凹槽内，重力球在由于斜移发生位移时，作用2e的力始终为垂直于2e的。再用滑轮（6c）和金属丝（3c）将2d和2e连接，其中2c和2d之间用刚性的金属杆连接。金属丝（3b）将整个重力球感应部分连接在2a的M位置，3b穿越了2b连接在M处。

     钢板平衡部分通过两级杠杆将钢板重力放大。钢板重力为100g，2a、2b的比例为1:6、1:10，将重力放大为600g，作用在M处。2b被金属丝（3b）穿透，滑轮（6a）和金属丝（3a）将作用在2b右端竖直向上的作用力转变为2a右端竖直向下的作用力。

    本发明用到的所有杠杆（2a~2e），支点均为两端套有金属轴承的不锈钢杆，并与不锈钢杆固定，即杠杆可随不锈钢杆转动。轴承与不锈钢杆（5a~5e）通过4a~4e固定在外壳上。

     本发明的感应光纤光栅和补偿光纤光栅是预张拉的，补偿光纤光栅穿越重力球内部，一端固定在重力球内部，一端穿出传感器外壳做信号输出。感应光纤光栅与2a连接，穿出外壳输出信号。

附图说明

本发明的实施例通过以下的附图来进行描述。

  附图1为本发明的总体三维结构图。

  附图2 为本发明的钢板平衡部分的三维图。

 附图3为本发明的重力球感应部分的三维图。

 附图4 为本发明的总体主视图（1）、侧视图（2）和俯视图（3）。

具体实施方式

  附图1中，1a和1b分别是感应光纤光栅和补偿光纤光栅，用于感应倾斜角度和温度补偿；2a~2e都是起放大作用的金属杠杆；3a~3c为柔性金属丝，把杠杆连接在一起；4a~4e为套在轴承外面的固定，将各个轴承与外壳10连接；5a~5e为金属杆，金属杆两端各套有一个高灵敏度的轴承，金属杆作为杠杆的支点与搭在上面的杠杆连接固定；6a~6c为滑轮，6a作用为将力的方向改变，6b和6c将金属丝3c夹在滑轮凹槽内；7为平衡钢板；8为重力球；9为刚性连接，连接了2c和2d；10为光纤光栅测斜传感器的外壳。