一种测量土壤含水率的光纤Bragg光栅传感器的制作方法

本实用新型涉及光纤光栅传感器，特别是一种测量土壤含水率的光纤bragg光栅传感器，属于光电子测量器件技术领域。

背景技术：

一般来说，土壤含水率的变化会影响建筑物的稳定性、路基路面的沉陷裂变、地下水的流动等特性。土壤含水率的测量在地质学、土壤学、遥感勘探、道路交通、环境监测等研究与应用领域都具有重要意义。科学家或工程人员通过连续不问断地对土壤含水率进行监测可以获得大量有用信息，从而对环境条件的评估提供重要依据。目前较常用的含水率测量方法普遍存在测量精度不高、适用性不强或成本过高等问题，而且尚没有一种在综合性能上可以较好满足稳定性、准确性、防水性以及耐久性等需求的低成本含水率测量方法或工具。

因此，需研制一种稳定性高的测量土壤含水率的光纤bragg光栅传感器是解决上述技术问题的关键所在。

技术实现要素：

针对上述背景技术中存在的诸多缺陷与不足，本实用新型对此进行了改进和创新，目的在于提供一种能够达到测量精度高，不受外界条件的干扰，适用性不强。

本实用新型另一个发明目的是能够达到较强的防水性能，有较好的耐腐蚀性，安全性高。

为解决上述问题并达到上述的发明目的，本实用新型一种测量土壤含水率的光纤bragg光栅传感器是通过采用下列的设计结构以及采用下列的技术方案来实现的：

作为本实用新型一种测量土壤含水率的光纤bragg光栅传感器的改进，包括保护壳(8)和设置于保护壳(8)中的检测器，所述检测器下端延伸出保护壳(8)的底部，上端连接设置于保护壳(8)顶端设置的外部接口模块(9)；

所述检测器包括安装管(1)、散热封装外壳(2)、保护管(3)、正温度系数热敏电阻ptc(4)、热敏电阻ptc引线(5)、输入输出光纤(6)、光纤bragg光栅(7)，其中，

安装管(1)设置于保护壳(8)底部一侧且连通保护壳(8)内，安装管(1)上设有螺纹连接的散热封装外壳(2)，散热封装外壳(2)内设有正温度系数热敏电阻ptc(4)和其中一根测温光纤bragg光栅(7)，该其中一根测温光纤bragg光栅(7)通过热敏电阻ptc引线(5)、输入输出光纤(6)连接外部接口模块(9)；

在保护壳(8)的下端另一侧安装有保护管(3)，保护管(3)内设有另一根光纤bragg光栅(7)，该另一根光纤bragg光栅(7)通过输入输出光纤(6)连接外部接口模块(9)，外部接口模块(9)电连接采集仪(11)。

作为本实用新型上述的改进，所述安装管(1)整体为内部中空的铜制圆柱体构件，在该铜制圆柱体构件的外壁上设有外螺纹，且在该安装管(1)的下管口内侧固定设有垫片(10)，垫片(10)为内部中空结构。

作为本实用新型上述的进一步改进，所述散热封装外壳(2)整体为上端开口下端封闭的铜制中空圆柱体构件，其中，散热封装外壳(2)上端内壁设有与安装管(1)相适配的内螺纹，散热封装外壳(2)下端为锥形体，在散热封装外壳(2)的底部还设有限位装置，限位装置固定正温度系数热敏电阻ptc(4)，使其在保护管(3)中位置固定，不会上下移动。

作为本实用新型上述的更进一步改进，所述保护管(3)整体为上端开口下端封闭的铜制中空圆柱体构件，该中空圆柱体构件固定安装在保护壳(8)的下端，保护管(3)的下端为锥形体。

作为本实用新型上述的又进一步改进，所述散热封装外壳(2)内一侧内壁设有的测温光纤bragg光栅(7)，所述保护管(3)内一侧内壁设有的测温光纤bragg光栅(7)彼此相对紧贴设置。

作为本实用新型上述的再进一步改进，所述输入输出光纤(6)是由纤芯和包裹纤芯的包层组成；所述采集仪(11)为光纤光栅解调仪或者是光纤采集仪。

作为本实用新型上述的再更进一步改进，所述保护壳(8)整体为上小下大的喇叭状结构，该喇叭状结构的保护壳(8)采用环氧树脂材料制成，其中，外部接口模块(9)设有输入输出光纤(6)的尾缆上的fc/apc接头以及热敏电阻ptc引线(5)与外部供电的电源适配器接入口。

作为本实用新型上述的又再更进一步改进，所述外部接口模块(9)的一端连接设有热敏电阻ptc引线(5)和输入输出光纤(6)，另一端设有另一输入输出光纤(6)，其中，外部接口模块(9)一端的热敏电阻ptc引线(5)和输入输出光纤(6)穿过垫片(10)的中心孔中连接正温度系数热敏电阻ptc(4)和测温光纤bragg光栅(7)，外部接口模块(9)另一端的输入输出光纤(6)连接保护管(3)内的测温光纤bragg光栅(7)。

作为本实用新型上述的又再更加进一步改进，在安装管(1)、散热封装外壳(2)、保护管(3)和保护壳(8)的外表面上均从内至外依序喷涂有注塑层和防锈层以及警示层，警示层上涂有荧光粉。

作为本实用新型上述的还更加进一步改进，在注塑层上注塑有高分子耐磨材料；所述防锈层包括环氧富锌底漆和氯化橡胶面漆以及位于环氧富锌底漆和氯化橡胶面漆之间的环氧云铁中间漆；所述警示层为黄色或黑色的反光警示带或反光色膜或反光漆。

工作原理是：上述设计结构的一种测量土壤含水率的光纤bragg光栅传感器在进行使用之前，需要将其加以安装作为备用。

安装时，将正温度系数热敏材料ptc(4)封装入散热封装外壳(2)中，在散热封装外壳(2)及保护管(3)靠近彼此的一侧内壁里紧贴有测温光纤bragg光栅(7)。在散热封装外壳(2)底部有一挡板，用以固定住正温度系数热敏材料ptc(4)，使它在保护管(3)中位置固定，不会上下移动。散热封装外壳(2)的尺寸长为250mm，其中螺纹处长50mm，螺纹在内侧，壳体厚度1.5mm，内径50mm；保护管(3)壳体厚度1.5mm，内直径为50mm，长200mm；安装管(1)为固定螺纹管，螺纹在外侧，尺寸长为50mm，内径为49mm，能使保护管(3)壳体螺纹配上拧紧，固定螺纹管下管口内侧垫片的中心有孔，侧垫片外直径为50mm，内直径为20mm，为ptc引线和光纤提供走线。螺纹与散热封装外壳(2)外侧的螺纹相吻合，用以固定散热封装外壳(2)在环氧树脂材料保护壳下方的固定螺纹管上；将正温度系数热敏电阻ptc(4)、测温光纤bragg光栅(7)放入散热封装外壳(2)中，并将热敏电阻ptc引线(5)和—输入输出光纤(6)从固定螺纹管下管口内侧垫片的中心孔穿出，利用彼此匹配的螺纹拧紧，将封装好的散热封装外壳(2)固定在固定螺纹管上，完成制作，随即加以安装作为备用。

使用时，操作人员只需将上述已经加工完成的该传感器插入土壤中，在插入的过程中，操作人员要保证散热封装外壳(2)与保护管(3)应完全插入土壤，然后通过接线将外部接口模块(9)与采集仪(11)连接好，进行采集土壤含水率，采取后通过采集仪(11)进行读取并记录即可。

最后，随着时间的推移，土壤含水率采集完毕之后，操作人员只需将本实用新型的传感器从土壤中拔出，随即进行清理后统一将其放置于规定的位置进行堆放以备下次继续循环周转使用即可。

本实用新型与现有技术相比所产生的有益效果是：

1、本实用新型传感器是一种综合性能高，能较好满足稳定性、准确性、防水性等需求，能直接稳定地反映各种土壤的真实水分含量；

2、本实用新型传感器制作成本低，密封性好，可经受长期电解，表面可经受土壤中的酸碱腐蚀，可多次使用，响应速度快、互换性好；

3、本实用新型传感器在应用方面受土壤含盐量影响较小，可适用于各种土质；

4、本实用新型的外部涂有可以自己发光的荧光材料，可以在夜间或者黑暗室内进行工作时较为清楚地标示该传感器的位置，能有效地起到安全提示的作用。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为本实用新型的主视图；

图2为本实用新型的侧视图；

图3为本实用新型散热封装外壳(2)部件的整体结构示意图；

图4为实用新型的整体结构部分局部示意图；

图5为实用新型的使用状态示意图；

其中，图中标号：1—安装管，2—散热封装外壳，3—保护管，4—正温度系数热敏电阻ptc，5—热敏电阻ptc引线，6—输入输出光纤，7—测温光纤bragg光栅，8—保护壳，9—外部接口模块，10—垫片，11—采集仪。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创造特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型的技术方案作更进一步详细的说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如说明书附图所示的一种测量土壤含水率的光纤bragg光栅传感器，包括保护壳8和设置于保护壳8中的检测器，检测器下端延伸出保护壳8的底部，上端连接设置于保护壳8顶端设置的外部接口模块9；

所述检测器包括安装管1、散热封装外壳2、保护管3、正温度系数热敏电阻ptc4、热敏电阻ptc引线5、输入输出光纤6、光纤bragg光栅7，其中，

安装管1设置于保护壳8底部一侧且连通保护壳8内，安装管1上设有螺纹连接的散热封装外壳2，散热封装外壳2内设有正温度系数热敏电阻ptc4和其中一根测温光纤bragg光栅7，该其中一根测温光纤bragg光栅7通过热敏电阻ptc引线5、输入输出光纤6连接外部接口模块9；

在保护壳8的下端另一侧安装有保护管3，保护管3内设有另一根光纤bragg光栅7，该另一根光纤bragg光栅7通过输入输出光纤6连接外部接口模块9，外部接口模块9电连接采集仪11。

进一步的，安装管1整体为内部中空的铜制圆柱体构件，在该铜制圆柱体构件的外壁上设有外螺纹，且在该安装管1的下管口内侧固定设有垫片10，垫片10为内部中空结构。

进一步的，散热封装外壳2整体为上端开口下端封闭的铜制中空圆柱体构件，其中，散热封装外壳2上端内壁设有与安装管1相适配的内螺纹，散热封装外壳2下端为锥形体，在散热封装外壳2的底部还设有限位装置，限位装置固定正温度系数热敏电阻ptc4，使其在保护管3中位置固定，不会上下移动。

进一步的，保护管3整体为上端开口下端封闭的铜制中空圆柱体构件，该中空圆柱体构件固定安装在保护壳8的下端，保护管3的下端为锥形体。

进一步的，散热封装外壳2内一侧内壁设有的测温光纤bragg光栅7，所述保护管3内一侧内壁设有的测温光纤bragg光栅7彼此相对紧贴设置。

进一步的，输入输出光纤6是由纤芯和包裹纤芯的包层组成；所述采集仪11为光纤光栅解调仪或者是光纤采集仪。

进一步的，保护壳8整体为上小下大的喇叭状结构，该喇叭状结构的保护壳8采用环氧树脂材料制成，其中，外部接口模块9设有输入输出光纤6的尾缆上的fc/apc接头以及热敏电阻ptc引线5与外部供电的电源适配器接入口。

进一步的，外部接口模块9的一端连接设有热敏电阻ptc引线5和输入输出光纤6，另一端设有另一输入输出光纤6，其中，外部接口模块9一端的热敏电阻ptc引线5和输入输出光纤6穿过垫片10的中心孔中连接正温度系数热敏电阻ptc4和测温光纤bragg光栅7，外部接口模块9另一端的输入输出光纤6连接保护管3内的测温光纤bragg光栅7。

进一步的，在安装管1、散热封装外壳2、保护管3和保护壳8的外表面上均从内至外依序喷涂有注塑层和防锈层以及警示层，警示层上涂有荧光粉。

具体的，在注塑层上注塑有高分子耐磨材料；所述防锈层包括环氧富锌底漆和氯化橡胶面漆以及位于环氧富锌底漆和氯化橡胶面漆之间的环氧云铁中间漆；所述警示层为黄色或黑色的反光警示带或反光色膜或反光漆。

在本实用新型中，测温光纤bragg光栅7用铸工胶贴合固定在散热封装外壳2内壁。

综上所述，本实用新型更为具体的实施方式是：

上述设计结构的一种测量土壤含水率的光纤bragg光栅传感器在进行使用之前，需要将其加以安装作为备用。

安装时，将正温度系数热敏材料ptc4封装入散热封装外壳2中，在散热封装外壳2及保护管3靠近彼此的一侧内壁里紧贴有测温光纤bragg光栅7。在散热封装外壳2底部有一挡板，用以固定住正温度系数热敏材料ptc4，使它在保护管3中位置固定，不会上下移动。散热封装外壳2的尺寸长为250mm，其中螺纹处长50mm，螺纹在内侧，壳体厚度1.5mm，内径50mm；保护管3壳体厚度1.5mm，内直径为50mm，长200mm；安装管1为固定螺纹管，螺纹在外侧，尺寸长为50mm，内径为49mm，能使保护管3壳体螺纹配上拧紧，固定螺纹管下管口内侧垫片的中心有孔，侧垫片外直径为50mm，内直径为20mm，为ptc引线和光纤提供走线。螺纹与散热封装外壳2外侧的螺纹相吻合，用以固定散热封装外壳2在环氧树脂材料保护壳下方的固定螺纹管上；将正温度系数热敏电阻ptc4、测温光纤bragg光栅7放入散热封装外壳2中，并将热敏电阻ptc引线5和—输入输出光纤6从固定螺纹管下管口内侧垫片的中心孔穿出，利用彼此匹配的螺纹拧紧，将封装好的散热封装外壳2固定在固定螺纹管上，完成制作，随即加以安装作为备用。

使用时，操作人员只需将上述已经加工完成的该传感器插入土壤中，在插入的过程中，操作人员要保证散热封装外壳2与保护管3应完全插入土壤，然后通过接线将外部接口模块9与采集仪11连接好，进行采集土壤含水率，采取后通过采集仪11进行读取并记录即可。

最后，随着时间的推移，土壤含水率采集完毕之后，操作人员只需将本实用新型的传感器从土壤中拔出，随即进行清理后统一将其放置于规定的位置进行堆放以备下次继续循环周转使用即可。

上述对本实用新型所提供的一种测量土壤含水率的光纤bragg光栅传感器进行了详细介绍，本文中对本实用新型的原理进行了描述，以上工作原理的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。