[发明专利]一种光纤光栅土压力传感器

说明书

本发明公开了一种光纤光栅土压力传感器，包括压力盘、应变梁和底座；所述应变梁包括：用于传导压力的中部、用于固定的两端、以及两段处于中部与一端之间的悬臂；所述应变梁两端架设在所述底座上，其中部悬空；所述压力盘中央具有向下的凸台与应变梁中部压接；应变梁至少一个悬臂，粘贴有一个或多个光纤光栅，所述光纤光栅传感器用于感受悬臂因压力盘凸台向应变梁中部传导的压力而产生的形变。本发明提供的光纤光栅土压力传感器，采用应变梁代替应变膜，能降低所受压力分布不均带来的误差。

技术领域

本发明属于传感器领域，更具体地，涉及一种光纤光栅土压力传感器

背景技术

土压力传感器主要用于测量软土和填土中埋设点的土体压力变化，也可以测土体对挡土墙、抗滑桩等的表面接触压力。目前市场上的土压力传感器主要是通过测量受力梁的应变来间接测量压力，从敏感元件上分为电阻应变片式和光纤光栅式两种。电阻应变式土压力传感器输出信号弱，易受电磁干扰，组网难度大，光纤光栅式土压力传感器分辨率高，不受电磁干扰，性能稳定，在土木工程上的应用越来越多。

专利“光纤光栅土压力传感器”(申请号201911242132.4)公布了一种土压力传感器，通过测量弹性梁的拉伸应变来测量压力，该设计虽然采用了补偿温度的光纤光栅，能抵消部分温度带来的影响，但是其在上腔体填充的流体会存在热胀冷缩，任然影响压力的测量，同时其采用了X形架结构，土压力通过隔板传到弹性梁，当X形架夹角变化时，弹性梁受力和土压力比值也是变化的(跟夹角有关)，不是呈线性关系，在测量时会出现原理上的误差。

专利“一种具备温度补偿功能的光纤光栅土压力传感器”(申请号201910957418.4)公布了一种能测温度和土压力的传感器，该专利称能温度补偿，但是该设计只是在结构内放入了两个光纤光栅，一个放在导热良好的腔内，能测量外界的温度，另一个隔了一层隔热膜，只测压力，该专利只是能同时测量温度和压力，由于两个光纤光栅所处的温度环境不一样，并不能补偿温度对测量压力的光纤光栅的影响，导致测量压力的光纤光栅测量出来的压力值仍然会受到温度影响。

专利“一种光纤光栅土压力传感器”(申请号201911131104.5)公布了一种膜片式土压力传感器，其采用双膜片式结构，中间填充液压油，通过液压油对二次膜片产生等值压力，从而克服膜片式传感器与不均质岩土接触时受压力不平均的问题，但是该双膜片结构的一次膜片受压时，抵抗土压力带来一次膜片形变的不仅是液压油的液压，还有一次膜片本身的形变应力，所以当受压力点在不同位置时，一次膜片的形变应力也不同，从而两个膜片间的液压腔体积变化也不同，从而液压油的液压也不同，最终引起二次膜片的形变也不同，因而粘贴在二次膜片上的光纤光栅测量得到的土压力也会不同，尤其是在大量程传感器中，一次膜片较厚，效果更明显。同时，该传感器在高度上尺寸较大，安装比较占空间。

现有的光纤光栅土压力计难以兼顾量程、体积尺寸、以及测量灵敏度，量程做大后，高度很高，体积很大，质量也很重，在使用时会受到安装空间的限制，且操作不便。同时受力不均匀容易引起测量误差。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光纤光栅土压力传感器，其目的在于选用应变梁而不是常见的应变膜，结合应变梁中部压力传导两侧悬臂应变感受的特点，在较小的尺寸下，提高应变梁的承载能力，同时提高形变敏感度，兼顾量程、体积以及测量灵敏度，由此解决现有的土压力传感器难以兼顾量程、体积尺寸、以及测量灵敏度的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光纤光栅土压力传感器，包括压力盘、应变梁和底座；

所述应变梁包括：用于传导压力的中部、用于固定的两端、以及两段处于中部与一端之间的悬臂；

所述应变梁两端架设在所述底座上，其中部悬空；所述压力盘中央具有向下的凸台与应变梁中部压接；

应变梁至少一个悬臂，粘贴有一个或多个光纤光栅，所述光纤光栅传感器用于感受悬臂因压力盘凸台向应变梁中部传导的压力而产生的形变