[实用新型]一种光纤光栅土压力传感器

说明书

本实用新型涉及光纤传感技术领域，涉及一种光纤光栅土压力传感器。该光纤光栅土压力传感器包括传感器壳体，光纤光栅、等强度悬臂梁、弧形滑道、一次膜片、二次膜片以及它们连接后共同形成的液压腔。本实用新型采用双膜结构，在双层膜片中填充液压油，等强度悬臂梁自由端设有轻质钢球，在土压力的作用下钢球沿弧形滑道移动，引起光纤光栅产生应变。根据实验要求的不同，设计不同弧形滑道，人为控制等强度悬臂梁的的变形程度，进而控制粘贴在梁上的光纤Bragg光栅的变形，充分发挥光纤光栅技术的优越性。内置的温度补偿光栅用于补偿温度的影响。显著提高测量的灵敏度和精度，工程适用性。

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器。

背景技术

土压力的计算和测量对于有效解决岩土工程问题具有重要意义。然而，由于影响因素繁多、受力条件复杂多变等岩土工程问题固有特点，通过理论计算所得到的土压力与实际情况误差较大。因此，采用测试仪器对土压力进行测量，仍是解决这一问题的主流方法。土压力传感器是常用的土压力测试仪器，主要用于堤坝、边坡、路基等结构体内部土体的压力。传统的土压力传感器主要包括振弦式、电阻应变式、差动电阻式和电感式等。然而，传统测量土压力的传感器在恶劣环境下存在长期稳定性较差、防潮性能差、组网功能差、易受电磁干扰，而且多点测量时布线多且复杂，组网困难，难以满足长期安全监测的要求。光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)是一种新型高精度传感器，可有效监测应变变化。它是在光纤纤芯内形成空间相位周期性分布的光栅结构，其作用的实质就是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器。相比于传统电磁类传感器，FBG是一种新型光纤无源器件，具有本质安全、体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀、使用寿命长、可同时作为传感元件和传输媒介、易于波分复用等优点，被广泛应用于传感领域。因此，基于光纤Bragg光栅(FBG)传感技术的土压力传感器的研发是现代岩土工程领域的热点。FBG土压力传感器具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、质量轻、信号传输距离远、易于组网等优点，能够克服现有传感器的不足，在土压力测试领域具有广阔的工程应用前景。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术缺陷，提供一种结构简单、灵敏度高同时具有温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器。

本实用新型的技术方案：

一种光纤光栅土压力传感器，包括传感器壳体1、一次膜片2、二次膜片3、传压油腔4、等强度悬臂梁6、弧形滑道8和光纤光栅9。

传感器壳体1为开口向上的箱体结构，其上端开口处为阶梯结构，其侧壁开有引出孔11；一次膜片2安装在传感器壳体1开口的外层，二次膜片3安装在传感器壳体1开口的内层，在一次膜片2与二次膜片3之间为传压油腔4，其中充填有液压油；二次膜片3内表面中心处固定连接有竖直向下的等强度悬臂梁6，等强度悬臂梁6端部焊接有钢球7，钢球7与固定在传感器壳体1底部的弧形滑道8的顶部相切；光纤光栅9粘贴在等强度悬臂梁一侧面，并与温度补偿光纤10串联，温度补偿光纤10通过引出孔11引出。

所述的传压油腔4连接有注油柱5，用于向传压油腔4中注入液压油。

所述的弧形滑道8是光滑无摩擦的，其上布置有凹槽12，保证钢球7沿着指定方向移动。

所述的等强度悬臂梁6由弹性金属制成。

所述的传感器壳体1为圆柱体。

当土压力作用在一次膜片上，使一次膜片中心产生大小与所受应力呈线性关系的挠度变化，同时传压油腔内的液压油受到一次膜片的挤压作用，二次膜片在受到液压油产生的等值均布压力作用下产生挠度变化，推动下方的等强度悬臂梁向下移动，钢球沿着光滑的弧形滑道移动，产生竖向和侧向位移，等强度梁发生弯曲，从而使粘贴在等强度悬臂梁中心轴线上的光纤Bragg光栅发生波长移位。