一种土木工程用光纤光栅孔隙水压传感器的制作方法

本实用新型涉及光纤光栅孔隙水压测试，具体为一种土木工程用光纤光栅孔隙水压传感器，属于光纤光栅传感器综合应用技术及孔隙水压测量领域。

背景技术：

孔隙水压力是岩土工程中一个重要的物理量，人们将土体孔隙内的水所承受的，由土体的重力、静水压力及外荷载所产生的应力，称为孔隙水压力。孔隙水压力观测资料，一方面反映了地基的排水固结状态，另一方面反映了地基所处的变形阶段。孔隙水压力对桩基有较大的危害，若孔隙水压力较大，需在桩基施工前对桩基所处的地质进行减压。孔隙水压力计(渗压计)是一种供长期测量地基或混凝土内孔隙中的水压力的传感器。应用于测量流体压力、例如地下水位、坝体、土体的孔隙水压力等，也可以用来装在孔内，监测井和测压管的压力或水位混凝土或地基内的孔隙(或渗透)水压力。

目前，较为成熟的应用于孔隙水压力传感器的技术原理主要为振弦式及电阻应变式的电测式孔隙水压计；而电测式孔隙水压计由于电路的原因，其传感元件所处的腔体，以及导线的接头部位密封要求非常高，且孔隙水压力传感器主要应用于富水环境中，而现用的而光纤光栅式传感器在这方面就没有那么苛刻；因此研发一种应用于富水环境中检测的光纤光栅孔隙水压传感器。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种土木工程用光纤光栅孔隙水压传感器，应用于测量流体压力、例如地下水位、坝体、土体的孔隙水压力等，也可以用来装在孔内，监测井和测压管的压力或水位混凝土或地基内的孔隙(或渗透)水压力。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

本实用新型提供一种土木工程用光纤光栅孔隙水压传感器，包括包括筒身，以及设置在筒身两端的上顶盖和底座盖；底座盖是由透水石做成的一个过滤盖，在底座盖内部设置有金属膜片，金属膜片另一侧通过底座和柱套连接对称设置的弹性膜片的一端，弹性膜片之间安装有一销柱，并在销柱上敷设有若干光栅光纤，光栅光纤沿着弹性膜片穿过套筒和堵头；套筒另一端通过螺栓固定在上顶盖上。

作为本实用新型的一种优选技术方案，底座焊接在金属膜片上，柱套与底座固定连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，光纤光栅在堵头内侧通过压板固定连接成串。

本实用新型所达到的有益效果是：该光纤光栅孔隙水压传感器主要用于富水环境中，在堵头中对所有的光纤光栅进行整编形成光缆，将光缆通过在堵头中保护密封后直接与外部检测仪表相连；在筒体内部通过弹性材料可以带动光纤光栅波长产生变化，将可以达到孔隙水压的量程范围、测量精度及分辨率。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

在附图中：

图1是本实用新型光纤光栅孔隙水压传感器内部结构示意图；

图中标号：1、金属膜片；2、底座；3、柱套；4、弹性膜片；5、销柱；6、套筒；7、压板；8、上顶盖；9、堵头；10、螺栓；11、筒身；12、底座盖。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例：如图1所示，本实用新型提供一种土木工程用光纤光栅孔隙水压传感器，包括包括筒身11，以及设置在筒身11两端的上顶盖8和底座盖12；底座盖12是由透水石做成的一个过滤盖，在底座盖12内部设置有金属膜片1，金属膜片1另一侧通过底座2和柱套3连接对称设置的弹性膜片4的一端，底座2焊接在金属膜片1上，柱套3与底座2固定连接；弹性膜片4之间安装有一销柱5，并在销柱5上敷设有若干光栅光纤，光栅光纤沿着弹性膜片4穿过套筒6和堵头9；光纤光栅在堵头9内侧通过压板7固定连接成串；套筒6另一端通过螺栓10固定在上顶盖8上。

工作原理：本实用新型主要用于富水环境下，由于光纤光栅本身的特点，不存在水影响电路和腐蚀的问题，因此使用光纤光栅孔隙水压传感器可更好更精确的测量空隙水压，当外部水压穿过底座盖12，将赃物过滤在底座盖12外侧，水流直接作用在金属膜片1上，金属膜片1和弹性膜片4之间直接通过底座2和柱套3固定连接，这样作用在金属膜片1上的水压直接作用在光栅光纤上，未粘贴部分的光纤光栅形变恢复，其中心反射波长不变；而粘贴在销柱5上的形变不能及时恢复，从而导致了这部分光纤光栅的中心反射波长改变，因此在这个光纤光栅会出现两个不通反射峰出现在仪表上，通过测量这2个反射峰的波长漂移可以压力应变值。

光纤直径尺寸非常小，孔隙水压通过轴向直接传递到光纤光栅上，不可能使光纤光栅发生改变，所以如果想通过轴向的压缩或者使光纤光栅发生改变，因此将光纤光栅埋植在某种弹性材料中，通过光纤光栅的弯曲亦能获得光栅的变化。另外，考虑到环境温度的对光纤光栅的敏感性，必须对光纤光栅的温度敏感性进行补偿，可在孔隙水压计内串联一个光纤光栅或者在孔隙压力计外部使用单独的温度传感器进行补偿。

弹性膜片4采用非金属弹性膜片，市场现有的非金属高弹性材料非常多。一般具有以下优点：固化物呈高弹性状态、柔韧性极好、弹性模量低、延伸率大；内应力极小、粘接性能好，可适用于电子、电器元件、印刷线路板、应力敏感器件、有复杂金属嵌件的电工部件及各类传感器、互感器、微特电机等的灌封和封装。利用诸如此种材料作为埋植材料，将会使得孔隙水压力计的内部结构简单化。选择合适的弹性材料，弹性材料可以带动光纤光栅波长产生3nm的变化，我们目前最小的波长分辨力为1pm，如果对应0.1Mpa的量程，则传感分辨率可以达到1/30000Mpa，将可以达到孔隙水压的量程范围、测量精度及分辨率。

最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。