专利名称：一种光纤流速探测杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量排水管道或明渠中不同水位流速的仪器，具体地说是一种光纤流速探测杆。
背景技术：
我国目前长大隧道、地铁、水电站、铁矿、煤矿等地下工程建设事业蓬勃发展，但是突涌水事故时常发生，造成了大量的人员伤亡和经济损失。这其中有部分原因是矿井或隧道排水量的监控不到位，缺乏有效的流速监测仪，无法对裂隙涌水量进行准确测量。监测排水沟液体流速、监测点水位和排水沟深可以最终精确得出涌水的流量，能有效的解决上述问题，但现有的流速监测仪体积比较大，容易改变流场从而造成测量参数的不精确，而且在微小裂隙处也无法进行测量。另外，现有流速监测仪还存在着抗压和防水能力差、无法实现多测点测量、调平能力差等缺点，仍有非常大的提升空间。光纤光栅传感原理说明
如图10所示，光纤光栅是利用某种方式致光纤纤芯折射率永久性改变，从而产生的折射率沿着光纤轴向空间周期性分布的空间相位光栅。光纤光栅就是一段光纤，其纤芯中具有折射率周期性变化的结构。光纤传感器与传统传感器相比具有以下优点
(1)灵敏度高；
(2)无源器件，对被测对象不产生影响；
(3)光纤是电介质，耐高压，耐腐蚀，在易燃、易爆环境下安全可靠；
(4)频带宽，动态范围大；
(5)几何形状具有多方面的适应性，可以做成任意形状的传感器和传感器阵列；
(6)在共同的技术基础上可以制成传感不同物理量的传感器；
(7)可以与光纤遥测技术相配合，实现远距离测量和控制；
(8)由光纤传感器组成的光纤传感器系统便于与中心计算机连接，实现多功能、智能化的要求；
(9)传感器体积小、重量轻。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种光纤流速探测杆。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案
一种光纤流速探测杆，它包括带刻度的尺身，尺身的上端设有把手，把手的上端设有圆水准器，尺身上还设有能够沿尺身上下移动的光纤光栅测量装置。所述光纤光栅测量装置包括固定装置、光纤光栅测量计和定向装置，所述固定装置与所述尺身连接，所述光纤光栅测量计与固定装置相连接，所述定向装置与光纤光栅测量计相连接。所述固定装置包括一连接杆和套环，所述套环的一端连接所述连接杆、另一端通过螺母进行紧固嵌套在尺身上。所述光纤光栅测量计包括测量计壳体，测量计壳体上设有可转动壳体，所述可转动壳体与所述固定装置相连接。所述可转动壳体通过若干圆珠滚子与所述测量计壳体可转动连接。所述定向装置包括与所述壳体连接的杆体，杆体的末端还连接有至少一个片状体。所述片状体为两个，二者的一端均与所述杆体连接，且二者具有夹角。所述尺身的底端还设有托盘。所述尺身由多个分尺身通过螺纹连接组成，所述把手与尺身之间通过螺纹相连。所述光纤光栅测量计引出的光信号传导线通过设置在尺身上的光信号传导线固定槽与尺身并行排布在一起。光纤流速探测杆置于排水管道或明渠后，定向装置可以自动调节元件测速方向， 光纤测量元件监测水流速度，刻度尺身显示测点水位和排水沟深。不同水位水流速度有一定差别，因此滑动测量部主体进行多测点测量。由测点水位、过水面积和各测点水流速度计算排水管道或明渠流量，从而得出裂隙涌水量。本发明的光纤流速探测杆与其他流速监测仪器相比，具有如下显著的技术优势与特点
(1)测量精度高，采用光纤光栅传感原理可达到很高的灵敏度，有效的提高了测量数据的精度；
(2)构造简单，加工方便，性价比高；
(3)采用单杆式设计，可以实现多测点测量；
(4)可拆装，设备携带方便；
(5)防水、抗压性能好；
(6)配备了测速元件定向装置，提高测量精度；
(7)测流速的同时还可以同时测出监测点水位和排水沟深。
图1是本发明结构示意图； 图2是尺身部分的侧视图3是探测杆总体的俯视图； 图4是固定装置的的侧视图； 图5是固定装置的俯视图； 图6是定向装置的侧视图； 图7是定向装置的俯视图； 图8是光纤光栅测量计部分的剖面图； 图9是本探测杆使用原理的示意图；图10是光纤光栅传感原理图。其中1.圆水准器，2.把手，3.尺身，4.光信号传导线固定槽，5.插头，6.固定装置，7.光纤光栅测量计，8.测量头，9.保护罩，10.定向装置，11.光信号传导线，12.托盘， 13.锥形橡胶膜，14.测量计壳体，15.悬臂梁，16.测量光栅，17.圆珠滚子，18.端盖，19.固定金属片，20.靶片，21.光电信号转换装置，22.数据分析电脑，23.光信号传输，24电信号传输，25.其它探测杆。
具体实施例方式下面通过具体实例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。如图1所示，一种用于测定液体流速、流量的光纤流速探测杆，由圆水准器1、把手 2、带刻度尺身3、光信号传导线11固定槽4、插头5、钳形固定装置6、光纤光栅测量计7、测量头8、保护罩9、定向装置10、光信号传导线11和底部橡胶托盘12所组成。如图2所示，所述尺身3由2段分尺身和把手2通过螺纹连接组成，所述把手2与尺身3之间也通过螺纹相连，每段分尺身之间以及分尺身与把手2之间的螺纹相同，且各分尺身之间的刻度依次相配合，因此可以将把手2拆下分别与各段分尺身连接，以便测量不同深度水位之用。依图2中的表示，把手2连接在图中间的分尺身上面，分尺身连接在右边的分尺身上面，图2中圆圈内表示的是固定螺纹结构。尺身3设计为三部分，当沟深小于 0. 8米时可使把手2与下段杆组合测量，沟深大于0. 8米时三部分一起使用。尺身3上还设有光信号传导线固定槽4，便于将光信号传导线11卡在该固定槽内。如图1、图3所示，尺身3的上端设有把手2，把手2的上端设有圆水准器1，圆水准器1可方便保证杆的竖直。如图1所示，尺身3的底部设有橡胶的托盘12防止仪器测量时尺身3在沟底由于自重过度下沉。如图1所示，尺身3上还设有能够沿尺身3上下移动的光纤光栅测量装置。所述光纤光栅测量装置包括固定装置6、光纤光栅测量计7和定向装置10，所述光纤光栅测量计 7与固定装置6相连接，所述定向装置10与测量主体相连接。如图4、图5所示，所述固定装置6为钳形固定装置，它包括一连接杆和套环，套环为两个半圆形的环组成，所述套环嵌套在尺身3上，并且一端连接所述连接杆、另一端通过螺母进行紧固。该固定装置6可以在带刻度的尺身3上下移动。如图8所示，所述光纤光栅测量计7包括测量计壳体14，测量计壳体14的上部设有凹槽，凹槽内设有三层圆珠滚子17，可转动壳体圆套在圆珠滚子17外，故可转动壳体通过若干圆珠滚子17与所述测量计壳体14可转动连接。因此光纤光栅测量计7的测量主体 (不包括可转动壳体的部分)与定向装置10可一起在水流力作用下转动，圆珠滚子17起到了减少摩擦阻力的作用。如图6、图7所示，定向装置10包括与所述测量计壳体14连接(可以焊接在一起) 的杆体，杆体的末端还连接有2个竖直设置的片状体。二个片状体的一端均与所述杆体连接，且二者呈20°的夹角。手动使测量头大致朝向水流方向时，定向装置10和可转动的光纤光栅测量计7 (相对于可转动壳体，光纤光栅测量计7是可转动的)可在流水力作用下使测量方向精确化。如图8所示，光纤光栅测量计7的测量计壳体14 一端连接端盖18。端盖18上安装有固定金属片19，固定金属片19与悬臂梁15连接，悬臂梁15上设有测量光栅16，测量光栅16与光纤连接，光纤穿过端盖18，并通过光信号传导线11与插头5相连。悬臂梁15 的末端设有金属靶片20，靶片20是要接触水流的，平时测杆不用时为了保护靶片20，本发明人在金属靶片20外还设计了可取下的保护罩9，并且保护罩9在测量时拔下。光纤光栅测量计7的下端为测量头，测量头包括悬臂梁15的下端和靶片20。在悬臂梁15上还设有锥形橡胶膜13，锥形橡胶膜13的一端与测量计壳体14连接，另一端套在悬臂梁15上并密封。所述光纤光栅测量计7引出的光信号传导线11通过设置在尺身3上的光信号传导线 11固定槽4与尺身3并行排布在一起。所述测量光栅16为双光纤光栅，它们对称的粘贴在悬臂梁15的两侧的中部。具体可参见专利CN101995485A，名称为“靶式光纤光栅流速计”。如图9所示，通过本发明的光纤流速深测杆测量的信号经光信号传输23传至光电信号转换装置21，电信号转换装置可同时连接多支其它深测杆25，经电信号转换装置处理后的电信号传输M传至数据分析电脑22进行分析。创新点
一、光纤流速探测杆采用光纤光栅传感原理，具有精度高、抗噪性强、防水等优点，详见光纤光栅传感原理说明；
二、采用单杆式设计，其中监测元件可借助卡槽在标有刻度的杆上自由上下移动，从而实现多测点测量液体流速；
三、体积小，拆装方便快速，可以用于实验以及工程运用中监测微小裂隙或沟渠处浆液流速；
四、具有监测测点水位和排水沟深等附加功能；
五、配备了测速元件定向装置10，可以自动调节元件测流速的最佳方向，从而使测量结果更加精确。
权利要求
1.一种光纤流速探测杆，其特征在于，它包括带刻度的尺身，尺身的上端设有把手，把手的上端设有圆水准器，尺身上还设有能够沿尺身上下移动的光纤光栅测量装置。
2.根据权利要求1所述的一种光纤流速探测杆，其特征在于，所述光纤光栅测量装置包括固定装置、光纤光栅测量计和定向装置，所述固定装置与所述尺身连接，所述光纤光栅测量计与固定装置相连接，所述定向装置与光纤光栅测量计相连接。
3.根据权利要求2所述的一种光纤流速探测杆，其特征在于，所述固定装置包括一连接杆和套环，所述套环的一端连接所述连接杆、另一端通过螺母进行紧固嵌套在尺身上。
4.根据权利要求2所述的一种光纤流速探测杆，其特征在于，所述光纤光栅测量计包括测量计壳体，测量计壳体上设有可转动壳体，所述可转动壳体与所述固定装置相连接。
5.根据权利要求4所述的一种光纤流速探测杆，其特征在于，所述可转动壳体通过若干圆珠滚子与所述测量计壳体可转动连接。
6.根据权利要求2所述的一种光纤流速探测杆，其特征在于，所述定向装置包括与所述壳体连接的杆体，杆体的末端还连接有至少一个片状体。
7.根据权利要求6所述的一种光纤流速探测杆，其特征在于，所述片状体为两个，二者的一端均与所述杆体连接，且二者具有夹角。
8.根据权利要求1所述的一种光纤流速探测杆，其特征在于，所述尺身的底端还设有托盘。
9.根据权利要求1所述的一种光纤流速探测杆，其特征在于，所述尺身由多个分尺身通过螺纹连接组成，所述把手与尺身之间通过螺纹相连。
10.根据权利要求1所述的一种光纤流速探测杆，其特征在于，所述光纤光栅测量计引出的光信号传导线通过设置在尺身上的光信号传导线固定槽与尺身并行排布在一起。
全文摘要
本发明涉及一种光纤流速探测杆，它包括带刻度的尺身，尺身的上端设有把手，把手的上端设有圆水准器，尺身上还设有能够沿尺身上下移动的光纤光栅测量装置。光纤流速探测杆置于排水管道或明渠后，定向装置可以自动调节元件测速方向，光纤测量元件监测水流速度，刻度尺身显示测点水位和排水沟深。不同水位水流速度有一定差别，因此滑动测量部主体进行多测点测量。由测点水位、过水面积和各测点水流速度计算排水管道或明渠流量，从而得出裂隙涌水量。
文档编号G01P5/26GK102269770SQ20111012394
公开日2011年12月7日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者于海洋, 张章一, 张霄, 李术才, 李相辉, 李鹏, 王帅, 贾晓磊 申请人:山东大学