基于光纤光栅的沉降挠度传感器的制作方法

本实用新型涉传感器技术领域，尤其涉及基于光纤光栅的沉降挠度传感器。

背景技术：

由于桥梁受到自重以及桥上荷载作用会产生一定的挠度，随着桥梁施工技术的发展，我国桥梁跨度正在不断增大，我国高铁也大量采用高架桥的形式，在高铁列车高速运行过程中，桥梁承受的动荷载容易引起桥梁产生较大变形。传统的挠度观测手段效率较低，而且受人为因素或环境因素影响较大，自动化程度和测量精度都不能满足实际需求。已有的光纤光栅桥梁挠度传感器受动荷载影响较大，测量产生的误差较大。并且由于高层建筑物施工、地下采矿或过度开采地下水、软土路基下沉等因素，会造成地基沉降。沉降观测对高层建筑物的安全、高铁行车安全等诸多方面都有十分重要的意义。传统的沉降观测手段效率较低，而且受人为因素或环境因素影响较大，自动化程度和测量精度都不能满足实际需求。

光纤光栅传感器是目前应用最为广泛的光纤传感器之一，可测量应变、温度、压力、位移、流量、液位等参数。其传感原理一般基于被测参数变化引起光栅周期和有效折射率的变化，从而导致光栅特征波长的变化，通过测量特征波长的移动量来测量上述参数。目前,国内外采用光纤光栅的压力或液位传感器非常多，但专门针对沉降以及桥梁挠度监测的光纤光栅传感器的报道较少。

现有的光纤光栅压差传感器都具有一定的缺点，本发明成功的克服了大部分缺点。现有的一种光纤光栅测量沉降装置，能够对地面沉降进行测量，但该装置体积较大，推广应用具有一定难度。还有一种光纤光栅沉降传感器，体积较小，但该装置水平放置，在动力作用下，腔体内液体在动力作用下上下晃动，对压力膜片具有较大的冲击作用，因此测量精度不能够得到保证，为此我们提出一种基于光纤光栅的沉降挠度传感器。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的基于光纤光栅的沉降挠度传感器。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种基于光纤光栅的沉降挠度传感器，包括A传感段和B传感段，所述A传感段和B传感段对称设置，A传感段和B传感段的结构相同，A传感段和B传感段均安装在传感器底座，A传感段和B传感段的内部均设有多个水平设置的隔板。

优选的，所述A传感段和B传感段均包括壳体，壳体的一侧设有开口，开口处设有传感器侧盖，传感器侧盖与壳体之间螺纹连接，所述壳体的内部设有传感段，传感段设有压环，压环安装在壳体的内部，压环上固定安装有压力膜片，压力膜片竖直放置在传感段的中部位置，压力膜片两侧均设有垫圈，压力膜片远离传感器侧盖的一侧设有压力室，压力室的两侧分别设有进水孔和出水孔，进水孔和出水孔分别延伸至壳体的外部，压力室的内部设有多个水平设置的隔板，所述压力膜片上粘贴有压力传感光栅，压力传感光栅的一端连接有温度传感光栅，压力传感光栅和温度传感光栅相互远离的一端分别连接有传入光纤和传出光纤，所述壳体的两侧侧壁上分别开有入线孔和出线孔，传入光纤和传出光纤分别穿过入线孔和出线孔延伸至壳体的外部，所述壳体的顶端设有排气孔，排气孔的一端连接有压力室，排气孔远离压力室的一端设有气孔盖，温度传感光栅不与压力膜片粘接，温度传感光栅在壳体内松散放置，且压力传感光栅、温度传感光栅、传入光纤和传出光纤均位于压力膜片远离压力室的一侧。

本实用新型中利用压力膜片将液位差转换为膜片中心的应变，引起膜片上光纤布拉格光栅的应变和波长变化，从而由波长变化可精确测量沉降或桥梁挠度变化引起的液位差变化；本装置通过改变压力膜片的厚度和与其联通的水箱的与传感器的高差可以方便的调节挠度测量范围和测量精度，适用于不同场合；压力室内液体在隔板的阻隔作用下将液体处于分散隔离状态（每个小空间有通孔相连以保证水压处处相等），以此来降低动态过程液体晃动带来对压力膜片的冲击，对压力膜片的冲击作用非常小，极大地减小了外界动力对测量的影响，从而减小测量误差，而且具有体积小、安装简便、成本低、精度高等优点，便于进行大规模应用。

附图说明

图1为本实用新型提出的基于光纤光栅的沉降挠度传感器的主视图；

图2为本实用新型提出的基于光纤光栅的沉降挠度传感器的A传感段或B传感段的爆炸示意图；

图3为本实用新型提出的基于光纤光栅的沉降挠度传感器的局部剖视结构示意图；

图4为本实用新型提出的基于光纤光栅的沉降挠度传感器的剖视结构示意图。

图中：1传感器底座、2传感段、3传感器侧盖、4压力膜片、5压力室、6进水孔、7出水孔、8压力传感光栅、9温度传感光栅、10传入光纤、11传出光线、12入线孔、13出线孔、14排气孔、15气孔盖、16垫圈、17压环、18壳体、19隔板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-4，基于光纤光栅的沉降挠度传感器，包括A传感段和B传感段，A传感段和B传感段对称设置，A传感段和B传感段的结构相同，A传感段和B传感段均安装在传感器底座1，A传感段和B传感段的内部均设有多个水平设置的隔板19，A传感段和B传感段均包括壳体18，壳体18的一侧设有开口，开口处设有传感器侧盖3，传感器侧盖3与壳体18之间螺纹连接，所述壳体18的内部设有传感段2，传感段2设有压环17，压环17安装在壳体18的内部，压环17上固定安装有压力膜片4，压力膜片4竖直放置在传感段2的中部位置，压力膜片4两侧均设有垫圈16，压力膜片4远离传感器侧盖3的一侧设有压力室5，压力室5的两侧分别设有进水孔6和出水孔7，进水孔6和出水孔7分别延伸至壳体18的外部，压力室5的内部设有多个水平设置的隔板19，所述压力膜片4上粘贴有压力传感光栅8，压力传感光栅8的一端连接有温度传感光栅9，压力传感光栅8和温度传感光栅9相互远离的一端分别连接有传入光纤10和传出光纤11，所述壳体18的两侧侧壁上分别开有入线孔12和出线孔13，传入光纤10和传出光纤11分别穿过入线孔12和出线孔13延伸至壳体18的外部，所述壳体的顶端设有排气孔14，排气孔14的一端连接有压力室5，排气孔14远离压力室5的一端设有气孔盖15，温度传感光栅9不与压力膜片4粘接，温度传感光栅9在壳体18内松散放置，且压力传感光栅8、温度传感光栅9、传入光纤10和传出光纤11均位于压力膜片4远离压力室5的一侧；

在使用时，压力室5内液体在上下加速度的作用下，对后侧的压力膜片4只有非常小的影响；

压力室5内液体在隔板18的阻隔作用下将液体成分散隔离状态每个隔离空间有通孔相连以保证水压处处相等，以此来降低动态测试过程液体晃动带来对压力膜片的冲击，极大地减小了外界动力对测量的影响，提高震动状态下传感器的测试准确性和可靠性。

压力室5的上端还设置有排气孔14，在传感器初次安装时，应通过排可以气孔14将压力室5内的残余空气排除，然后采用排气孔盖15将压力室密封；

压力膜片4为平膜片或者波纹膜片，可以根据测量精度要求更换不同厚度的膜片；

传感器前半部分与后半部分结构相同，前半部分作为测试传感段，进水孔6和出水孔7与外部连通管连接；后半部分作为振动补偿传感段，充满水后将进水孔6、出水孔7密封，并密封排气孔14使液体压力室5成为密闭空间，用于测试传感器的振动自补偿。

实施例：传感器由前后完全对称一致的A、B部分组成，传感器底座1与传感段2之间用M6螺丝14紧固,传感段2的中部先装上垫圈15，再安装压力膜片4，然后再放上垫圈16，再用压环17紧密压住，压力膜片4与传感段2之间部分形成液体压力室5，压力室内设有很多水平的隔板将压力室液体分隔成许多的水平小空间，压力室5左右分别设置有进水孔6和出水孔7，压力室顶部设有排气孔14，进水孔6、出水孔7和排气孔14采用螺纹连接或者直接焊接固定在传感段2上。在传感器初次安装时，应通过排气孔12将压力室内的残余空气排除，然后采用气孔盖15将压力室密封。测量时，前半部分传感段的进水孔6和出水孔7与外部连通管连接；后半部分传感段则充满水后将进水孔6、出水孔7堵上，并密封排气孔14使液体压力室5成为密闭空间，后传感段做为前传感段的误差补偿。联通管上接多个压差传感器来实现桥梁多个位置的挠度监测或沉降监测。连通管内液面与压力膜片之间的液位差会造成压力膜片中心的应变。压力传感光栅8紧贴在压力膜片4中心位置布置，温度传感光栅9不与传感段2及压力膜片4接触，压力传感光栅8和温度传感光栅9串联与压力传感光栅8和温度传感光栅9相连的传入光纤10和传出光纤11通过器壁上的入线孔12和出线孔13穿入和穿出。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。