一种光纤光栅静力水准仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及一种静力水准仪，尤其涉及应用在土木工程测量结构沉降变化的光纤光栅静力水准仪。
技术背景
[0002]目前，基于光纤光栅原理的温度传感技术得到快速发展，光纤光栅具有防止电磁干扰、无电检测、抗雷击等优点，光纤光栅静力水准仪在测量如高铁、桥梁、大坝、隧道和大型建筑等土木工程结构沉降变化中得到了广泛应用。
[0003]由于野外工程环境复杂，遇到恶劣天气时，结构温度变化快，要求静力水准仪必须具备良好的热传导性并能实时温度补偿，以消除温度变化对沉降测量的影响；同时，被测物的沉降变化是无规律的，被测物倾斜对沉降测量影响很大；该传感器结构设计新颖，铝合金上盖封装的双孔梁弹性元件和不锈钢毛细管能够能够快速实现温度传导，保证了温度测量没有滞后性；双孔梁弹性元件自由悬挂的工作方式大大消除了被测物倾斜对沉降测量的误差影响。
[0004]发明专利内容
本发明专利提供针对现有沉降测量中温度补偿误差大和被测物倾斜对沉降测量影响大的不足，提出了一种光纤光栅静力水准仪。
[0005]本发明专利采用的技术方案如下:一种光纤光栅静力水准仪，其特征在于:包括铝合金上盖、不锈钢外筒、不锈钢浮筒、不锈钢底座、双孔梁弹性元件、不锈钢毛细管组成；所述铝合金上盖中封装了双孔梁弹性元件、不锈钢毛细管、光纤光栅和光纤尾纤套管，组成静力水准仪的核心传感部分；铝合金上盖通过挂钩连接不锈钢浮筒，通过螺丝固定在不锈钢外筒上部；不锈钢外筒一侧安装有通气管接头、液位观察管和通液管接头；不锈钢外筒电焊安装在不锈钢底座上；不锈钢底座四角有四个通孔，采用314不锈钢材料制作，通过4根螺杆固定在被测物上方。
[0006]所述应变光栅胶粘在双孔梁弹性元件上，来测量不锈钢浮筒的浮力变化。
[0007]所述温度补偿光栅胶粘在不锈钢毛细管两端，来测量铝合金上盖中温度场变化，从而消除温度变化对应变光栅的波长变化影响。
[0008]所述铝合金上盖采用6061铝材制作，以实现铝合金上盖内快速传导热量使得温度场均匀，从而消除外界温度快速变化对传感器温度变化不均衡的影响。
[0009]所述双孔梁弹性元件采用铍青铜材料制作，通过不锈钢钢丝悬挂在铝合金上盖中心，在使用中自然下垂，能够消除被测物小角度倾斜对沉降测量的误差影响。
[0010]所述双孔梁弹性元件在使用前通过两边不锈钢螺杆紧固，以保证仪器运输安全，在使用前松开螺杆以保证双孔梁弹性元件自然下垂并能小幅摆动。
[0011]所述不锈钢外筒采用314不锈钢材料制作，安装有液位观察管，便于仪器安装中观测液位的高度。
[0012]所述不锈钢底板采用314不锈钢材料制作，通过4根螺杆固定在被测物上方，在安装过程中能够精准调整水平。
[0013]在组装过程中，第一步组装传感部分，首先将应变光栅通过353ND胶粘固在双孔梁弹性元件的上下两端，应变光栅居中，保持预张拉Inm状态下烘干。然后将温度补偿光栅穿过不锈钢毛细管，温度补偿光栅居中，保持预张拉Inm状态，两端用353ND胶粘固并烘干。
[0014]第二步是将双孔梁弹性元件用直径0.5mm钢丝悬固在上盖板中心，将不锈钢毛细管用704胶粘固在铝合金上盖筒壁，将光纤盘好并从尾纤套管中引出，之后，将上盖板通过螺丝安固在铝合金上盖上部。
[0015]第三步是将波纹管安固在下盖板上，将限位卡扣安固在0.5mm钢丝上并连接双孔梁弹性元件的下端，之后将下盖板通过螺丝安固在铝合金上盖下部。
[0016]第四步是将通气管接头、液位观察管、通液管接头分别电焊在不锈钢外筒上对应位置，之后将不锈钢外筒的底部电焊在不锈钢底座上。
[0017]在组装好后，对光纤光栅静力水准仪进行温度补偿率定和液位率定。温度率定时，要求从-20°C到85°C，升温和降温各做两次，每隔5°C记录一次应变光栅波长和温度补偿光栅波长数据，温度率定结束后，计算出该传感器的温度补偿系数，液位率定时，要求在恒温环境中进行，液位抬升和液位下降各做两次，每隔5mm记录一次应变光栅波长数据，液位率定结束后，计算出该传感器的液位变化系数。
[0018]在仪器运输过程中，铝合金上盖需要和不锈钢浮筒分开，以免在运输中损坏仪器，铝合金上盖中的螺杆要旋紧，以免双孔梁弹性元件在运输中发生晃动。
[0019]工程安装使用中，先将不锈钢外筒注入适量水(含防冻液)，然后将不锈钢浮筒挂在铝合金上盖下部的挂钩上，然后通过螺丝与不锈钢外筒固定并用704胶密封，最后，将铝合金上盖中的螺杆旋开，并通过4个通孔将不锈钢底座进行水平调整，确保传感器水平。
[0020]本发明专利结构简单，组装、安装方便，有效提高了沉降测量的精度和灵敏度，有效避免了外界温度变化快和被测物倾斜的误差影响，在土木工程结构沉降监测中具有很高的实用价值。
【附图说明】
[0021]图1为本发明专利的原理示意图；图中:上盖板，2:353ND胶，3:尾纤套管，4:铝合金上盖，5:不锈钢毛细管，6:温度补偿光栅，7:双孔梁弹性元件，8:应变光栅，9:下盖板，10:限位卡扣，11:不锈钢外筒，12:波纹管，13:不锈钢浮筒，14:通气管接头，15:液位观察管，16:通液管接头，17:不锈钢底座，18:通孔。
[0022]图2为本发明专利的传感器上盖侧视图；图中:1:上盖板，3:尾纤套管，4:铝合金上盖，7:双孔梁弹性元件，9:下盖板，12:波纹管，19:螺杆。
【具体实施方式】
[0023]为使本发明专利的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明专利实施方式做详细描述。
[0024]如图1所示，一种光纤光栅静力水准仪，包括铝合金上盖4、不锈钢外筒11、不锈钢浮筒13、不锈钢底座17、双孔梁弹性元件7、不锈钢毛细管5组成；所述铝合金上盖4中封装了双孔梁弹性元件7、不锈钢毛细管5、光纤光栅和光纤尾纤套管3，组成静力水准仪的核心传感部分；铝合金上盖4通过挂钩连接不锈钢浮筒13，通过螺丝固定在不锈钢外筒11上部；不锈钢外筒11 一侧安装有通气管接头14、液位观察管15和通液管接头16 ;不锈钢外筒11电焊安装在不锈钢底座17上；不锈钢底座17四角有四个通孔18，采用314不锈钢材料制作，通过4根螺杆固定在被测物上