[发明专利]基于布拉格光纤光栅的可变量程的土体压力测量装置和方法

说明书

本发明属于土体内部压力测量方法领域，并公开了基于布拉格光纤光栅的可变量程的土体压力测量方法，包括如下步骤：(1)根据被测对象的尺寸和测量要求，选择悬臂梁和薄膜的材料和尺寸；(2)将布拉格光纤光栅传感器安装在悬臂梁上，并使两者紧密结合，再通过刚性传力杆将悬臂梁的自由端与薄膜连接在一起,通过光纤将布拉格光纤光栅传感器与光纤信号分析处理设备相连接；(3)将悬臂梁的固定端固定在传感器腔体上，并将整个土压力传感器放置在被测对象里；(4)持续测量布拉格光纤光栅传感器的应变值，计算被测对象的局部压力。本发明能解决土体内部不同量程土压力的精密测量问题，满足大跨度量程的测量需求，传感器测量精度高，安全性高。

技术领域

本发明属于土体内部压力测量方法领域，更具体地，涉及基于布拉格光纤光栅的可变量程的土体压力测量装置和方法。

背景技术

现有的土体表面局部压力测量采用电磁位移计，可以测量被测对象上下两个表面之间的位移，但是很难高精度测量被测对象中间局部的应变和变形。然而，局部的小位移会影响到被测对象的力学性能计算，如土体的局部小应变的力学特性关系到基坑开挖引起临近建筑物的变形计算，同时也会影响隧道开挖引起的沉降计算。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了基于布拉格光纤光栅的可变量程的土体压力测量装置和方法，可以精确测量土体小应变情况下的力学特性，为工程设计和变形计算提供重要的参数。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种可变量程土压力测量装置，其特征在于，包括悬臂梁、布拉格光纤光栅传感器、刚性传力杆、薄膜、传感器腔体和光纤信号分析处理设备，其中，

所述布拉格光纤光栅传感器安装在悬臂梁表面沿长度方向的中轴线处，并且两者紧密结合；

所述刚性传力杆将悬臂梁的自由端与薄膜连接在一起；

所述传感器腔体的一端敞口，所述薄膜覆盖在所述传感器腔体的敞口端；

所述悬臂梁的固定端固定在传感器腔体的内壁上；

所述光纤信号分析处理设备通过光纤与所述布拉格光纤光栅传感器连接，以用于获得布拉格光纤光栅传感器的应变。

优选地，所述光纤信号分析处理设备包括宽带光源、光源耦合器、光信号分析仪和信号采集处理器，所述宽带光源依次连接所述光源耦合器、光信号分析仪和信号采集处理器，所述光源耦合器还连接所述光纤。

按照本发明的另一个方面，还提供了基于布拉格光纤光栅的可变量程的土体压力测量方法，其特征在于,包括如下步骤：

(1)根据被测对象的尺寸和测量要求，选择悬臂梁和薄膜的材料和尺寸，其中，所述悬臂梁由长方体或矩形片状的弹性金属片制成，薄膜由圆片状的弹性金属片制成；

(2)将布拉格光纤光栅传感器安装在悬臂梁表面沿长度方向的中轴线处，并使两者紧密结合，再通过一根刚性传力杆将悬臂梁的自由端与薄膜连接在一起，将薄膜覆盖在所述传感器腔体敞口的一端，则布拉格光纤光栅传感器、悬臂梁、刚性传力杆和薄膜共同构成联结体，然后通过光纤将布拉格光纤光栅传感器与光纤信号分析处理设备相连接；

(3)将联结体的悬臂梁的固定端通过固定部件固定在传感器腔体上，则联结体与传感器腔体共同构成土压力传感器，将整个土压力传感器放置在被测对象里，记下布拉格光纤光栅传感器应变初值；

(4)通过光纤信号分析处理设备持续测量布拉格光纤光栅传感器的应变值，计算被测对象的局部压力：