一种用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器，包括壳体，壳体的一端设置有开口，开口处设置有一次膜片和二次膜片；一次膜片和二次膜片之间设置有充满液压油的传压油腔；壳体内部还设置有变边三角形金属结构、第一等强度梁、第二等强度梁和光纤光栅；变边三角形金属结构的顶角与二次膜片的中心相连，两个底角分别与第一等强度梁和第二等强度梁的底端接触；光纤光栅尾纤端粘贴在第一等强度梁上，另一端的光纤通过引出孔伸出壳体。本实用新型具有线性度高、稳定性好、易组网、抗电磁干扰、对外界环境适应性强的特点，可以用于挡土墙侧向压力的测量，建筑结构的安全监测，地下工程结构安全检测等领域。
【专利说明】
一种用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器
技术领域
[0001]本实用新型涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器。
【背景技术】
[0002]在土木工程中，因土体力学性质、外界环境变化等影响，使得土压力的理论计算非常复杂，通常依赖现场原型或模型试验等途径解决。传统土压力测试仪主要包括差动电阻式和钢弦式传感器。这些电磁类传感器长期稳定性差，易受周边环境影响，无法适应长期结构健康监测需要。
[0003]在中国实用新型专利CN201220572574.2中，公开了一种基于双L型梁的光纤光栅土压力传感器，包括:盒体，为饼状筒形结构，其顶部内表面具有直接感受外界土压力信号的一个承压膜片;安装于盒体内部的两个支撑轴;安装于两个支撑轴上的两个L型梁，每个L型梁均具有竖直方向部分和水平方向部分;安装于承压膜片与两个水平方向部分的端部之间的中心传力杆;安装于双L型梁的竖直方向部分的端部检测土压力信号的光纤光栅，承压膜片的纵向位移通过中心传力杆和两个L型梁被传递给光纤光栅，使光纤光栅产生轴向应变;设置于盒体两端部侧壁的两个引出小孔;安装于盒体底部密封和保护盒体内部结构的底板。该实用新型解决了土压力传感器的体积、灵敏度、封装工艺等问题。但是该实用新型测量精度不够高，使用单层的膜片设计难以将较小的压力进行传导和测量。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中稳定性差，易受周边环境影响的缺陷，提供一种结构简单，测量精度高的用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]本实用新型是一种用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器，包括壳体，壳体的一端设置有开口，开口处设置有一次膜片和二次膜片；一次膜片和二次膜片之间设置有充满液压油的传压油腔；
[0007]壳体内部还设置有变边三角形金属结构、第一等强度梁、第二等强度梁和光纤光栅;变边三角形金属结构的顶角与二次膜片的中心相连，两个底角分别与第一等强度梁和第二等强度梁的底端接触;光纤光栅尾纤端粘贴在第一等强度梁上，另一端的光纤通过引出孔伸出壳体。
[0008]进一步地，本实用新型的壳体内部的两侧设置有第一支杆和第二支杆，第一支杆和第二支杆分别与第一等强度梁和第二等强度梁的顶端相连。
[0009]进一步地，本实用新型的第一支杆和壳体之间固定设置有第一注液柱，第二支杆和壳体之间固定设置有第二注液柱。
[0010]进一步地，本实用新型的二次膜片和变边三角形金属结构之间设置有传压杆。
[0011]进一步地，本实用新型的变边三角形金属结构由一根金属条沿中心处弯曲折叠制成，金属条两端与壳体底部接触且可以滑动。
[0012]进一步地，本实用新型的引出孔为保持结构内部压力平衡的圆形小孔。
[0013]进一步地，本实用新型的壳体为圆柱体。
[0014]进一步地，本实用新型的第一等强度梁和第二等强度梁的底端与变边三角形金属结构的两底角接触但不固定。
[0015]进一步地，本实用新型的一次膜片与二次膜片均为同种金属材料制成的圆形膜片，且二次膜片的直径小于一次膜片，二者通过传压油腔实现压力的等值传递。
[0016]进一步地，本实用新型的第一等强度梁和第一支杆构成L型梁结构，第二等强度梁和第二支杆构成L型梁结构，两个L型梁结构结构相同且相互对称。
[0017]本实用新型产生的有益效果是:本实用新型的用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器，采用波长解码技术，避免了光源功率和损耗对测量的影响，适合长期监测;通过采用在双层膜片中填充液压油的设计，能够准确的将土压力传导给传感器;通过光纤光栅对压力变化进行测量，测量精度高，且不受外界环境的干扰;本实用新型具有线性度高、稳定性好、易组网、抗电磁干扰、对外界环境适应性强的特点，可以用于挡土墙侧向压力的测量，建筑结构的安全监测，地下工程结构安全检测等领域。
【附图说明】
[0018]下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:
[0019]图1是本实用新型实施例的用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器的结构示意图；
[0020]图中，1-壳体、2-—次膜片、3-传压油腔、4-二次膜片、5-第一支杆、6-第一等强度梁、7-光纤光栅、8-传压杆、9-变边三角形金属结构、10-第二支杆、11-第二等强度梁、12-第二注液柱、13-光纤、14-引出孔、15-第一注液柱、16-壳体内部引出孔。
【具体实施方式】
[0021]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0022]如图1所示，本实用新型实施例的用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器，包括壳体I，壳体I的一端设置有开口，开口处设置有一次膜片2和二次膜片4;一次膜片2和二次膜片4之间设置有充满液压油的传压油腔3;
[0023]壳体I内部还设置有变边三角形金属结构9、第一等强度梁6、第二等强度梁11和光纤光栅7;变边三角形金属结构9的顶角与二次膜片4的中心相连，两个底角分别与第一等强度梁6和第二等强度梁11的底端接触;光纤光栅7尾纤端粘贴在第一等强度梁6上，另一端的光纤13通过引出孔14伸出壳体I。
[0024]壳体I的内部的两侧设置有第一支杆5和第二支杆10，第一支杆5和第二支杆10分别与第一等强度梁6和第二等强度梁11的顶端相连。第一支杆5和壳体I之间固定设置有第一注液柱15，第二支杆1和壳体I之间固定设置有第二注液柱12。
[0025]二次膜片4和变边三角形金属结构9之间设置有传压杆8。变边三角形金属结构9由一根金属条沿中心处弯曲折叠制成，金属条两端与壳体I底部接触且可以滑动。引出孔14为不影响内部压力的圆形小孔。壳体I为圆柱体。第一等强度梁6和第二等强度梁11的底端与变边三角形金属结构9的两底角接触但不固定。一次膜片2与二次膜片4均为同种金属材料制成的圆形膜片，且二次膜片4的直径小于一次膜片2，二者通过传压油腔3实现压力的等值传递。第一等强度梁6和第一支杆5构成L型梁结构，第二等强度梁11和第二支杆10构成L型梁结构，两个L型梁结构结构相同且相互对称。
[0026]在本实用新型的另一个具体实施例中，其结构包括:壳体I，一次膜片2，传压油腔3，二次膜片4，第一支杆5，第二支杆10，第一等强度梁6，第二等强度梁11，光纤光栅7，传压杆8，变边三角形金属结构9，第一注液柱12，第二注液柱15，光纤13以及用于光纤13伸出壳体I的引出孔14，壳体内部引出孔16。壳体I为圆柱体外壳，一次膜片2与外界被测物直接接触，并与壳体I粘接在一起，一次膜片2与二次膜片4之间形成传压油腔3，传压油腔3由两根对称的注油柱通过油嘴注满液压油，腔内的液压油将压力等值地传递给二次膜片4。传压杆8的一端固定在二次膜片的圆心处，另一端与变边三角形金属结构9顶部固定在一起。变边三角形金属结构9的两边与壳体I底部接触并可以滑动，变边三角形金属结构9将二次膜片4中心处所受压力放大作用在等强度梁上。等强度梁与变边三角形金属结构9的两端接触但不固定在一起，可以滑动，另一端固定在支杆上。光纤光栅7尾纤端黏贴在等强度梁6上，另一端通过引出孔伸出壳体I。
[0027]变边三角形金属结构9是由一根金属条沿中心处弯曲折叠制成，金属条两端与壳体I底部接触而且可以滑动，当变边三角形金属结构9顶角处受到沿角平分线的外力作用时，三角形的顶角变大，左右两边向外滑动而长度不变。
[0028]引出孔为圆形小孔，一方面将光纤13导出壳体I，另一方面可以保持结构内部的压力不变。
[0029]等强度梁的一端与变边三角形金属结构9的两端接触但不固定在一起，可以滑动。
[0030]一次膜片2与二次膜片4均为同种金属材料制成的圆形膜片，且二次膜片4的直径小于一次膜片2，二者通过传压油腔3实现压力的等值传递。
[0031 ]光纤光栅7粘贴在等强度梁之前要对光纤光栅7进行相应的预拉伸。
[0032]本实用新型的传感器可以用于挡土墙侧向压力的测量，建筑结构的安全监测，地下工程结构安全检测等领域，不受电磁干扰，结构简单，便于安装，易实现组网。
[0033]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器，其特征在于，包括壳体(I)，壳体(I)的一端设置有开口，开口处设置有一次膜片(2)和二次膜片(4);一次膜片(2)和二次膜片(4)之间设置有充满液压油的传压油腔(3);壳体(I)内部还设置有变边三角形金属结构(9)、第一等强度梁(6)、第二等强度梁(11)和光纤光栅(7);变边三角形金属结构(9)的顶角与二次膜片(4)的中心相连，两个底角分别与第一等强度梁(6)和第二等强度梁(11)的底端接触;光纤光栅(7)尾纤端粘贴在第一等强度梁(6)上，另一端的光纤(13)通过引出孔(14)伸出壳体(I)。2.根据权利要求1所述的用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器，其特征在于，壳体(I)的内部的两侧设置有第一支杆(5)和第二支杆(10)，第一支杆(5)和第二支杆(10)分别与第一等强度梁(6)和第二等强度梁(11)的顶端相连。3.根据权利要求1所述的用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器，其特征在于，第一支杆(5)和壳体(I)之间固定设置有第一注液柱(15)，第二支杆(10)和壳体(I)之间固定设置有第二注液柱(12)。4.根据权利要求1所述的用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器，其特征在于，二次膜片(4)和变边三角形金属结构(9)之间设置有传压杆(8)。5.根据权利要求1所述的用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器，其特征在于，变边三角形金属结构(9)由一根金属条沿中心处弯曲折叠制成，金属条两端与壳体(I)底部接触且可以滑动。6.根据权利要求1所述的用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器，其特征在于，引出孔(14)为保持结构内部压力平衡的圆形小孔。7.根据权利要求1所述的用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器，其特征在于，壳体(I)为圆柱体。8.根据权利要求1所述的用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器，其特征在于，第一等强度梁(6)和第二等强度梁(11)的底端与变边三角形金属结构(9)的两底角接触但不固定。9.根据权利要求1所述的用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器，其特征在于，一次膜片(2)与二次膜片(4)均为同种金属材料制成的圆形膜片，且二次膜片(4)的直径小于一次膜片(2)，二者通过传压油腔(3)实现压力的等值传递。10.根据权利要求1所述的用于测量土压力的光纤光栅土压力传感器，其特征在于，第一等强度梁(6)和第一支杆(5)构成L型梁结构，第二等强度梁(11)和第二支杆(10)构成L型梁结构，两个L型梁结构结构相同且相互对称。
【文档编号】G01L1/24GK205593685SQ201620405140
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】林剑涛, 程永进, 曹晓峰, 祝睿雪
【申请人】中国地质大学（武汉）