[发明专利]一种内部应力量测装置及其制备方法有效
申请号: | 202010700422.5 | 申请日: | 2020-07-20 |
公开(公告)号: | CN112014011B | 公开(公告)日: | 2022-07-15 |
发明(设计)人: | 徐东升;闫嘉鸣;范小春 | 申请(专利权)人: | 武汉理工大学 |
主分类号: | G01L1/24 | 分类号: | G01L1/24 |
代理公司: | 北京睿博行远知识产权代理有限公司 11297 | 代理人: | 黄德跃 |
地址: | 430063 *** | 国省代码: | 湖北;42 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 内部 力量 装置 及其 制备 方法 | ||
1.一种内部应力量测装置,其特征在于,主要由主体和底盖组成,该主体和底盖均通过3D熔融沉积打印技术加工完成,为一体化设计;该主体包括第一膜片、第一光纤光栅传感器、侧壁和第二膜片,该侧壁环绕设置在第一膜片外圈且该第一膜片固定连接在该侧壁的一侧端口,该侧壁环绕形成的空间内设置有第二膜片,该第一膜片、侧壁和第二膜片围成第一空腔,该第一空腔为密闭空腔;该第一光纤光栅传感器固定连接在第一膜片上;当第一膜片量测土体上覆压力时,第一膜片受到压力后发生变形,因设置有第一空腔,第二膜片不会干扰第一膜片的变形,从而使第一光纤光栅传感器能够准确的测量出土体的上覆压力;量测土体上覆压力的原理为该膜片受到压力后发生变形,带动膜片内部的第一光纤光栅传感器发生波长漂移;该底盖包括底盖膜片、空心柱体和第二光纤光栅传感器,该空心柱体设置在该底盖膜片顶面,该第二光纤光栅传感器固定连接在该空心柱体的内侧面;该空心柱体设置有顶盖,该空心柱体与底盖围成第二空腔,该第二空腔为密闭空腔;该底盖与主体合上后,底盖与主体之间形成第三空腔,该第三空腔在空心柱体外侧;该侧壁开有只通向第三空腔的流水通孔,土体中的水从流水通孔内流入第三空腔中,因第二空腔为密闭空腔,水流入后会形成水压差作用在空心柱体上,带动空心柱体的侧面变形,继而使第二光纤光栅传感器发生波长发生漂移;该内部应力量测装置设置为双层一体化结构,将第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器固定在装置中,使得第一光纤光栅传感器与第一膜片、第二光纤光栅传感器与空心柱体充分接触;该第一膜片101上设置有第一凹槽,该第一光纤光栅传感器固定连接在第一凹槽内;该空心柱体的内侧面设置有第二凹槽,该第二光纤光栅传感器固定连接在第二凹槽内;该侧壁上开有输出口,该第二光纤光栅传感器的信号传输尾纤部分通过该输出口穿出;该输出口开至主体底部,该输出口位于第一空腔下方;安装时空心柱体上的第二凹槽轴向朝向输出口,使得第二光纤光栅传感器的信号传输尾纤部分能够对准输出口穿出;该输出口设置为不封顶的凹槽口,便于底盖和主体安装时第二光纤光栅传感器顺利穿出;该第一光纤光栅传感器和主体为一体化设置,该第一光纤光栅传感器固定后继续在该第一光纤光栅传感器上打印,该第一光纤光栅传感器直接穿过侧壁;该侧壁外侧设置有保护手柄,该保护手柄设置在第一光纤光栅传感器的穿出处;该保护手柄为凹槽条状,该第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器的信号传输尾纤部分均放入该保护手柄内,与光纤光栅解调仪相连;该空心柱体设置为半圆柱形,该空心柱体的直径稍小于底盖膜片的直径,该空心柱体的中心轴线与该底盖膜片的中心轴线重合;该内部应力量测装置为圆柱形,该空心柱体的圆心设置在底盖膜片的圆心上,该第三空腔为底盖膜片上与空心柱体相对应的另一半的半圆柱空间,该空心柱体上的第二凹槽设置在半圆柱的内侧面直线段;该底盖和主体安装时,该空心柱体的圆弧侧面与主体的侧壁内侧面紧贴配合;该第三空腔处的侧壁设置有若干流水通孔,该流水通口朝向该空心柱体的直线段,使得水流入时能够冲向空心柱体的直线段一侧,空心柱体的直线段的两边一边有水,一边为空腔,进而形成水压差,带动直线段变形,从而带动第二凹槽内的第二光纤光栅传感器发生波长漂移;该装置在制备时,首先通过3D打印装置制备,先加工上覆压力的第一膜片,打印一定厚度的第一膜片第一膜片上设置有第一凹槽,第一凹槽用于敷设第一光纤光栅传感器,开始打印侧壁时,暂停打印;然后将第一光纤光栅传感器置于第一凹槽内,并确定好位置,将第一光纤光栅传感器进行固定;继续打印侧壁,侧壁打印后再打印第二膜片,第一膜片、侧壁和第二膜片围成第一空腔,第二膜片打印完成后继续向上打印侧壁,此时的侧壁设置有输出孔和一定数量、一定尺寸的流水通孔;加工底盖,打印底盖膜片,在底盖膜片上打印一个半径小于底盖膜片的半圆形的空心柱体,即形状为“D”字型,该空心柱体打印有上盖,空心柱体内为密闭空腔,空心柱体的内侧直线段设置有第二凹槽,用于放置第二光纤光栅传感器;最后将第二光纤光栅传感器置于第二凹槽中,并确定好位置,将第二光纤光栅传感器进行固定。
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