光纤光栅式传感器的制作方法

本发明涉及边坡滑移监测领域，具体地，涉及一种光纤光栅式传感器。

背景技术：

公路、铁路沿线的高陡边坡可能会发生边坡滑塌等事件，对人们的安全和交通运输安全造成威胁，因此，对高陡边坡的深部滑移或形变监测十分重要。目前典型的边坡深部滑移监测用传感器有电容式或涡流式位移传感器。通过电传感器测得滑移量并将滑移量转换为电信号输入分析设备进行计算，最后得出深部滑移量。但是，电子类传感器存在密封性差、易漏电、易腐蚀、受电磁干扰、易受雷击等问题，在实际工程应用中存在很多问题。

光纤传感器采用光信号进行传感和传输，不存在上述电子类传感器的问题，近年来越来越多利用到边坡深部滑移监测的用途中。中国专利(公开号CN102288162)公开了一种光纤光栅式传感器，采用悬臂梁结构，这种传感器首先需用较大的质量块和较小的悬臂梁才能或者较高的灵敏度，从而限制了传感器的尺寸，不便于安装，同时较大的质量块和较小的悬臂梁导致了悬臂梁较大的挠度，最终导致传感器的输出为非线性，无法保证灵敏度。

因此，需要一种结构紧凑且灵敏度高的传感器。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种设备，该设备能够实现对边坡滑移的监测，具有结构紧凑且灵敏度高的特点。

为了实现上述目的，本发明提供一种光纤光栅式传感器，该传感器包括：壳体；重锤，该重锤设置在所述壳体内部并能够在所述壳体倾斜时相对于所述壳体摆动；光纤，所述光纤上设置有光纤光栅，所述光纤在靠近所述光纤光栅两端的位置分别固定于所述重锤和所述壳体；其中，所述光纤至少有一端穿出所述壳体。

优选地，所述光纤包括：第一光纤和第二光纤；其中，所述第一光纤的光纤光栅和所述第二光纤的光纤光栅分别位于所述重锤的对侧。

优选地，所述壳体包括顶盖和固定在所述顶盖上的基座部，所述光纤在靠近所述光纤光栅的一端处固定于所述基座部。

优选地，所述壳体上设置有轴，所述重锤可旋转地安装于所述轴。

优选地，所述基座部包括固定在所述顶盖上的支板以及设置在所述支板之间的底座，所述轴固定在所述支板之间。。

优选地，所述重锤的侧面上设置有用于定位所述光纤光栅的定位槽。

优选地，所述顶盖上设置有用于穿入所述光纤光栅的通入孔；并且/或者所述壳体包括底盖，所述底盖上设置有用于穿出所述光纤光栅的通出孔。

优选地，所述传感器固定在外部壳体内，所述光纤上设置有多个光纤光栅，多个所述光纤光栅对应多个所述壳体，所述光纤用于与解调仪连接。

通过上述技术方案，将本发明提供的传感器可以设置在埋入边坡的测斜管内，在边坡发生滑移时，该传感器的壳体会随之发生倾斜，从而使得重锤与壳体之间发生相对倾斜，进而使得固定在壳体和重锤之间的光纤光栅发生形变并以光信号的形式传递到外部，从而监测到边坡的滑移。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明优选实施方式的传感器的壳体内部结构的示意图；

图2是图1中的传感器外部结构的示意图；

图3是多个图1中的传感器的壳体的布置形式的示意图。

附图标记说明

1 第一光纤 2 第二光纤

3 壳体 4 重锤

5 顶盖 6 轴

7 底座 8 支板

9 通入孔 10 通出孔

11 紧固孔 12 装配孔

13 底盖 14 定位槽

15 解调仪

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种传感器，该传感器包括：壳体3；重锤4，该重锤4设置在所述壳体3内部并能够在所述壳体3倾斜时相对于所述壳体3摆动；光纤，所述光纤上设置有光纤光栅，所述光纤在靠近所述光纤光栅两端的位置分别固定于所述重锤4和所述壳体3；其中，所述的光纤至少有一端穿出所述壳体3。可以将本发明提供的传感器设置在埋入需进行滑移监测的边坡的测斜管内，当边坡发生滑移时，该传感器会随着边坡的滑移发生相应的倾斜，即壳体3发生倾斜，重锤4在重力的作用下与壳体3发生相对的倾斜，由于光纤光栅上的两端分别固定在重锤4和壳体3，因此光纤光栅会发生相对的形变，改变光纤光栅的输出波长。通过使用外部检测设备(例如解调仪，光纤的穿出壳体3的一端可以连接至解调仪)监测光纤光栅的输出波长即可监测边坡的滑移。

其中，光纤光栅的两端可以通过适当的方式分别固定在重锤4和壳体3，比如用胶水粘贴或者用螺栓紧固，该光纤光栅还应在正常情况下呈略微紧绷的状态，以便使得滑移发生时光纤光栅能够明显的发生相应的形变。该壳体3还应采用耐腐蚀的材料制成，以适应边坡内部的土壤的潮湿的环境。

在实际应用中，还会遇到需要辨别边坡滑移的方向的情况，为了满足该需求，优选地，所述光纤包括：第一光纤1和第二光纤2；其中，所述第一光纤1的光纤光栅和所述第二光纤2的光纤光栅分别位于所述重锤4的对侧，所述第一光纤1至少有一端和所述第二光纤2至少有一端穿出所述壳体3。即第一光纤1包括两端分别固定于所述重锤4和所述壳体3的第一光纤光栅；第二光纤2包括两端分别固定于所述重锤4和所述壳体3的第二光纤光栅。

由于两根光纤的光纤光栅分别设置在重锤4的对侧，在重锤4相对于壳体3发生倾斜时，两个光纤光栅必然有一个会被拉伸，一个会发生松弛，从而使得第一光纤光栅和第二光纤光栅的输出波长发生不同的变化，通过对该变化的分析判断出边坡滑移的方向，此外，该两根光纤的设置形式较单独的一根光纤，灵敏度上也会有很大的提升，本发明并不限定于采用一根或者两根光纤，任何可行性的多根光纤的布置形式均在本发明的保护范围之内。

本发明提供的光纤光栅可采用适当的形式设置在壳体3上，优选地，所述壳体3包括顶盖5和固定在所述顶盖5上的基座部，所述光纤在靠近所述光纤光栅的一端处固定于所述基座部，该基座部向壳体3的内部延伸并可以通过顶盖5上的装配孔12固定在顶盖5上，在壳体3发生倾斜时，该基座部随着壳体3发生倾斜，从而使得固定在基座部和重锤4之间的光纤光栅发生形变。

为了实现在壳体3倾斜时重锤4与壳体3之间的相对倾斜，还可优选地，所述壳体3上设置有轴6，所述重锤4可旋转地安装于所述轴6。在壳体3发生倾斜时，重锤4在重力的作用下围绕轴6摆动，从而实现与壳体3之间的相对倾斜。其中，光纤光栅固定在重锤4上的一端可选用固定在重锤4上的环绕轴6的部分上，壳体3应当具有容纳重锤4在适当范围内摆动的空间，从而能够对滑移程度较大的边坡进行监测。

其中轴6可以采用适当的方式设置在壳体3内，优选地，所述基座部包括固定在所述顶盖5上的支板8以及设置在所述支板8之间的底座7，所述轴6固定在所述支板8之间。支板8为固定在顶盖5上且与顶盖5垂直的两块板，支板8上开有用于连接轴6的安装孔，其中，底座7固定在两块支板8之间，光栅光纤可以设置在底座7的另外的两个相对的侧面上。

此外，支板上开有两个紧固孔11，当不使用该传感器时(例如在运输途中)，为了防止在运输等过程中重锤4的摆动导致光纤被破坏，可以在紧固孔11中设置螺栓等紧固件对重锤4进行限制，防止重锤4的摆动，从而防止感应部因过度摆动而受损。

光纤可以采用适当的方式通过重锤4，优选地，所述重锤4的侧面上设置有用于定位所述光纤光栅的定位槽14，该定位槽14可贯穿重锤4的侧面，光栅光纤可穿出地嵌入在定位槽14中。需要说明的是，重锤4的形状优选为方形柱体，但本申请并不限定于此，也可以选用圆柱体或者不规则柱体，且同样能够在这些形状的重锤上设置定位槽，这些均在本发明的保护范围之内。

本发明的传感器的光纤光栅可采用适当的方式穿出壳体3，优选地，所述顶盖5上设置有用于穿入所述光纤光栅的通入孔9；并且/或者所述壳体3包括底盖13，所述底盖13上设置有用于穿出所述光纤光栅的通出孔10。本申请的传感器的光纤光栅从顶盖5上的通入孔9穿入壳体3内，并将该光纤在靠近所述光纤光栅两端的位置分别固定于所述重锤4和所述基座部(壳体3)。

还可优选地，如图3所示，所述传感器固定在外部壳体(如测斜管)内，所述光纤上设置有多个光纤光栅，多个所述光纤光栅对应多个所述壳体3，所述光纤用于与解调仪15连接。在实际应用中，通常利用一根光纤光栅串联多个光纤光栅，每个光纤光栅对应一个传感器单元，这些传感器单元可以设置在同一个外部壳体的内部，比如固定在同一跟测斜管的内壁面上，该光纤光栅可以通过每个传感器单元的底盖13上的通出孔10穿出该传感器单元对应的壳体3，从而实现这种配置方式，并最终使得光纤与外界检测光纤光栅的输出波长的解调仪15连接。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。