[发明专利]多点式光纤光栅孔底应变计

权利要求书

1.一种多点式光纤光栅孔底应变计，包括测量锥体部分、储胶腔体(6)和活塞杆(8)部分，活塞杆(8)上端有与定向器、安装杆的连接装置，其上端设有安装定位销钉孔(10)和引线槽(9)，通过转动安装杆实现安装杆与活塞杆的连接与分离；其特征在于：测量锥体部分包括光纤光栅应变传感器(2)、出胶孔(3)和粘结剂挡圈(5)、储胶腔体(6)和销钉孔(7)，光纤光栅应变传感器(2)粘贴在圆锥形橡胶帽(1)外壁上，光纤缠绕在上下凹槽(4)内，其引线布设在引线槽(9)中；通过活塞杆(8)向储胶腔体(6)方向运动将储胶腔体(6)中的胶从下端出胶孔(3)挤出，将光纤光栅应变传感器(2)转贴到锥形孔底岩体上，与周围岩体一起变形，获得应力解除过程中岩体应变信息；光纤光栅应变传感器(2)为具有温度补偿单元的应变传感器，其温度标定与补偿方法是：在光纤光栅应变传感器(2)安装在测量筒体之前，先将光纤光栅应变传感器(2)单元放置于恒温水域箱中进行温度标定实验，对波长随温度变化的实验数据进行拟合、处理和分析，通过温度标定实验得到应变传感单元的温度灵敏度系数，进而在套芯应力解除实测中对应变传感单元温度进行补偿；带温度补偿单元的光纤光栅应变传感器内部有一个不受应变影响的感温光栅，其作用为监测环境温度变化ΔT，有ΔT=(λ_t1-λ_t0)/R₁，式中：λ_t0为感温光栅的初始波长；λ_t1为t₁时刻的波长；R₁为感温光栅的温度灵敏度；环境温度ΔT引起光纤光栅应变传感器波长改变，变化量Δλ_s为：Δλ_s=R_s·ΔT，式中R_s为应变传感单元的温度灵敏度；将解调仪解调出的波长λ减去温度引起的波长变化，最终得到光纤光栅应变传感器在套芯应力解除过程中的波长为：λ_s=λ-Δλ_s，其中λ为t₁时刻波长解调仪解调出的光纤光栅应变传感器波长。

2.据权利要求1所述的多点式光纤光栅孔底应变计，其特征在于：光纤光栅应变传感器(2)采用单截面多点式安装方式，在测量锥体上共8组光纤光栅应变传感器(2)，沿测量锥体圆周均匀分布，即相邻间隔45°，每组有2个光纤光栅应变传感器(2)，其与ρ轴的夹角分别为0°，90°。

3.根据权利要求2所述的多点式光纤光栅孔底应变计，其特征在于：光纤光栅应变传感器(2)的连接方式：利用2根传感光纤将16个光纤光栅应变传感器(2)分2组进行串联连接，其中垂直ρ轴方向即周向的光纤光栅应变传感器为A组，每安装1个光纤光栅应变传感器(2)在其上下凹槽(4)的上凹槽缠绕一圈，然后安装下一个光纤光栅应变传感器；其中沿着ρ轴方向的光纤光栅应变传感器(2)为B组，每个光纤光栅应变传感器(2)根据引线位置分别从上下凹槽(4)的上凹槽和下凹槽交替缠绕一圈，2组光纤光栅应变传感器(2)分别测量周向ε_θ和轴向ε_ρ应变，便于进行数据分析。