数字光纤式墙体裂缝监测装置的制作方法

本发明涉及墙体裂缝监测仪，尤其涉及一种数字光纤式墙体裂缝监测装置，属于建筑质量监测技术领域。

背景技术：

对于古建筑、建筑文物、危房或墙体裂缝等有时需要监测缝隙的变化情况，以判断其安全性，达到保护文物或住户的人身财产安全，常用的检测方法主要有目测法、回弹法、光回射法、声回射法和光纤光栅传感法等，这些方法各有优点，但目测法和回弹法人工工作量大，测量精度较低；光回射法和声回射法对操作使用环境的要求较高，仪器容易受外界光线或噪音干扰，造成测量误差；光纤光栅传感法虽然测量精度很高，可远程测量且能抗电磁干扰，但光纤光栅传感法对温度、湿度和光源的变化较为敏感，白昼或季节的不同对其会有所影响，光电转换装置需要经常校准，不注意的话容易造成测量结果误判，进行数字显示的话还需用到模数转换电路。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种不易受外界光线、噪音、温度、湿度和电磁场的影响，进行数字显示无需用到模数转换电路，对光源要求不高，光电转换装置不用校准的数字光纤式墙体裂缝监测装置。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：数字光纤式墙体裂缝监测装置包括固体激光器(1)、扩束透镜(2)、初始激光(3)、扩束激光(4)、第一光纤束(5)、入射光纤阵列(6)、遮光板(7)、出射光纤阵列(8)、第二光纤束(9)、光电转换阵列(10)、限幅整形阵列(11)、并行接口电路(12)、单片机电路(13)、液晶驱动与显示器(14)、传输线(15)、光纤阵列底板(16)、刻槽(17)、刻纹(18)、盖板(19)、暗盒顶部(20)、套筒(21)、连杆(22)、万向节(23)、墙体连接座(24)、遮光板夹片(25)、透光块(26)、支撑架(27)、暗盒(28)、遮光板滑轨(29)、螺丝孔(30)、底座(31)、轨道侧耳(32)、方头螺丝(33)、圆头螺丝(34)和连座侧耳(35)。

固体激光器(1)、扩束透镜(2)、第一光纤束(5)、入射光纤阵列(6)、光纤阵列底板(16)、盖板(19)、遮光板(7)、出射光纤阵列(8)、第二光纤束(9)、光电转换阵列(10)和限幅整形阵列(11)构成传感机构，并行接口电路(12)、单片机电路(13)和液晶驱动与显示器(14)构成处理机构，暗盒(28)、套筒(21)、连杆(22)、万向节(23)、墙体连接座(24)、遮光板夹片(25)、支撑架(27)、遮光板滑轨(29)和底座(31)构成附属机构。

所述的装置设有固体激光器(1)、扩束透镜(2)、第一光纤束(5)、入射光纤阵列(6)、遮光板(7)、光纤阵列底板(16)和盖板(19)、出射光纤阵列(8)、第二光纤束(9)、光电转换阵列(10)、限幅整形阵列(11)、并行接口电路(12)、单片机电路(13)和暗盒(28)。

光纤阵列底板(16)和盖板(19)上设有用于嵌入入射光纤阵列(6)和出射光纤阵列(8)的刻纹(18)和用于插入遮光板(7)且能保证遮光板(7)自由移动的刻槽(17)，刻纹(18)为半圆柱体凹槽，刻槽(17)为长方体开孔，刻槽(17)和刻纹(18)相垂直，遮光板(7)与光纤阵列底板(16)、入射光纤阵列(6)以及出射光纤阵列(8)相垂直，入射光纤阵列(6)和出射光纤阵列(8)均由五根多模光纤组成，入射光纤阵列(6)的一端并合成梅花形第一光纤束(5)，出射光纤阵列(8)的一端并合成梅花形第二光纤束(9)，遮光板(7)上面设有按五位格雷码编码的透光块(26)。

暗盒(28)为一侧设有开口另一侧设有暗盒顶部(20)的长方体金属盒，暗盒(28)内设有两根用于夹住遮光板(7)且能让其自由移动的V字形遮光板滑轨(29)，板滑轨(29)平行于遮光板(7)两侧，暗盒(28)开口处通过方头螺丝(33)固定在底座(31)上，遮光板滑轨(29)的一端通过圆头螺丝(34)固定在底座(31)上。

暗盒(28)中部设有带有凹槽用于嵌入光纤阵列底板(16)和盖板(19)的支撑架(27)，光纤阵列底板(16)和盖板(19)与遮光板滑轨(29)相垂直，暗盒顶部(20)中央设有套筒(21)，套筒(21)内嵌有能够移动的连杆(22)，连杆(22)一端通过遮光板夹片(25)与遮光板(7)一端连接，连杆(22)另一端通过万向节(23)与墙体连接座(24)连接。

出射光纤阵列(8)得到的光信号为按五位格雷码编码的数字信号，格雷码的十进制顺序号与遮光板(7)的位移大小成线性关系；当楼体接缝宽度变窄时墙体连接座(24)与底座(31)的距离减小，连杆(22)推动遮光板(7)朝底座(31)一侧移动，格雷码的十进制顺序号减小；当楼体接缝宽度变宽时墙体连接座(24)与底座(31)的距离增大，连杆(22)拉动遮光板(7)朝暗盒顶部(20)一侧移动，格雷码的十进制顺序号增加。

暗盒(28)内侧为黑色磨砂面，入射光纤阵列(6)和入射光纤阵列(6)所用的光纤为塑料阶跃型光纤，其纤芯直径为200μm，包层外径为230μm。

由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是：出射光纤阵列能够直接得到格雷码的数字信号，进行数字显示无需用到模数转换电路，对光源的要求不高，光电转换装置不用校准，本装置不易受外界光线、噪音、温度、湿度和电磁场的影响，可对建筑墙体的裂缝进行远程测量，且能抗电磁干扰。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明有如下9幅附图：

图1为本装置的组成示意图；

图2为光纤阵列的排列图；

图3为光纤阵列经刻槽后的排列图；

图4为光纤阵列的端面图；

图5为本装置的工作过程图之一；

图6为本装置的工作过程图之二；

图7为本装置的工作过程图之三；

图8为光纤束的端面图；

图9为遮光板上的格雷码编码图。

附图中所标各数字分别表示如下：

1.固体激光器，2.扩束透镜，3.初始激光，4.扩束激光，5.第一光纤束，6.入射光纤阵列，7.遮光板，8.出射光纤阵列，9.第二光纤束，10.光电转换阵列，11.限幅整形阵列，12.并行接口电路，13.单片机电路，14.液晶驱动与显示器，15.传输线，16.光纤阵列底板，17.刻槽，18.刻纹，19.盖板，20.暗盒顶部，21.套筒，22.连杆，23.万向节，24.墙体连接座，25.遮光板夹片，26.透光块，27.支撑架，28.暗盒，29.遮光板滑轨，30.螺丝孔，31.底座，32.轨道侧耳，33.方头螺丝，34.圆头螺丝，35.连座侧耳，36.移动方向。

具体实施方式

1.根据图1至图9，数字光纤式墙体裂缝监测装置包括固体激光器(1)、扩束透镜(2)、初始激光(3)、扩束激光(4)、第一光纤束(5)、入射光纤阵列(6)、遮光板(7)、出射光纤阵列(8)、第二光纤束(9)、光电转换阵列(10)、限幅整形阵列(11)、并行接口电路(12)、单片机电路(13)、液晶驱动与显示器(14)、传输线(15)、光纤阵列底板(16)、刻槽(17)、刻纹(18)、盖板(19)、暗盒顶部(20)、套筒(21)、连杆(22)、万向节(23)、墙体连接座(24)、遮光板夹片(25)、透光块(26)、支撑架(27)、暗盒(28)、遮光板滑轨(29)、螺丝孔(30)、底座(31)、轨道侧耳(32)、方头螺丝(33)、圆头螺丝(34)和连座侧耳(35)。

2.固体激光器(1)、扩束透镜(2)、第一光纤束(5)、入射光纤阵列(6)、光纤阵列底板(16)、盖板(19)、遮光板(7)、出射光纤阵列(8)、第二光纤束(9)、光电转换阵列(10)和限幅整形阵列(11)构成传感机构，并行接口电路(12)、单片机电路(13)和液晶驱动与显示器(14)构成处理机构，暗盒(28)、套筒(21)、连杆(22)、万向节(23)、墙体连接座(24)、遮光板夹片(25)、支撑架(27)、遮光板滑轨(29)和底座(31)构成附属机构。

3.所述的装置设有固体激光器(1)、扩束透镜(2)、第一光纤束(5)、入射光纤阵列(6)、遮光板(7)、光纤阵列底板(16)和盖板(19)、出射光纤阵列(8)、第二光纤束(9)、光电转换阵列(10)、限幅整形阵列(11)、并行接口电路(12)、单片机电路(13)和暗盒(28)。

4.光纤阵列底板(16)和盖板(19)上设有用于嵌入入射光纤阵列(6)和出射光纤阵列(8)的刻纹(18)和用于插入遮光板(7)且能保证遮光板(7)自由移动的刻槽(17)，刻纹(18)为半圆柱体凹槽，刻槽(17)为长方体开孔，刻槽(17)和刻纹(18)相垂直，遮光板(7)与光纤阵列底板(16)、入射光纤阵列(6)以及出射光纤阵列(8)相垂直，入射光纤阵列(6)和出射光纤阵列(8)均由五根多模光纤组成，入射光纤阵列(6)的一端并合成梅花形第一光纤束(5)，出射光纤阵列(8)的一端并合成梅花形第二光纤束(9)，遮光板(7)上面设有按五位格雷码编码的透光块(26)。

5.暗盒(28)为一侧设有开口另一侧设有暗盒顶部(20)的长方体金属盒，暗盒(28)内设有两根用于夹住遮光板(7)且能让其自由移动的V字形遮光板滑轨(29)，板滑轨(29)平行于遮光板(7)两侧，暗盒(28)开口处通过方头螺丝(33)固定在底座(31)上，遮光板滑轨(29)的一端通过圆头螺丝(34)固定在底座(31)上。

6.暗盒(28)中部设有带有凹槽用于嵌入光纤阵列底板(16)和盖板(19)的支撑架(27)，光纤阵列底板(16)和盖板(19)与遮光板滑轨(29)相垂直，暗盒顶部(20)中央设有套筒(21)，套筒(21)内嵌有能够移动的连杆(22)，连杆(22)一端通过遮光板夹片(25)与遮光板(7)一端连接，连杆(22)另一端通过万向节(23)与墙体连接座(24)连接。

7.出射光纤阵列(8)得到的光信号为按五位格雷码编码的数字信号，格雷码的十进制顺序号与遮光板(7)的位移大小成线性关系；根据图6，将遮光板(7)的中心对准入射光纤阵列(6)的位置；暗盒(28)及其内部的零件、墙体连接座(24)和底座(31)通过连座侧耳(35)和螺丝孔(30)用膨胀管和自攻螺丝固定在墙体裂缝处的外墙上，固体激光器(1)、扩束透镜(2)、光电转换阵列(10)、限幅整形阵列(11)、并行接口电路(12)、单片机电路(13)以及液晶驱动与显示器(14)安装在仪器盒内，暗盒(28)上的入射光纤阵列(6)和出射光纤阵列(8)通过第一光纤束(5)和第二光纤束(9)与仪器盒连接。

8.根据图7，当楼体接缝宽度变窄时，墙体连接座(24)与底座(31)的距离减小，连杆(22)推动遮光板(7)朝底座(31)一侧移动，格雷码的十进制顺序号减小；根据图5，当楼体接缝宽度变宽时，墙体连接座(24)与底座(31)的距离增大，连杆(22)拉动遮光板(7)朝暗盒顶部(20)一侧移动，格雷码的十进制顺序号增加。

9.暗盒(28)内侧为黑色磨砂面，入射光纤阵列(6)和入射光纤阵列(6)所用的光纤为塑料阶跃型光纤，其纤芯直径为200μm，包层外径为230μm。

10.遮光板(7)的材质为薄玻璃片，格雷码透光块(26)采用照相制版法制作。