一种差动式光纤光栅静力水准仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种差动式光纤光栅静力水准仪，包括若干个结构相同并且串联连接的光纤光栅静力水准装置，相邻光纤光栅静力水准装置的下腔之间通过通液三通阀进行连通，每个光纤光栅静力水准装置为圆柱腔状，分为上腔和下腔，在上腔中，上盖中沿上盖的直径方向固定等强度梁一、等强度梁二，等强度梁一的上表面粘贴光纤光栅一，等强度梁二的下表面粘贴光纤光栅二。下腔中设置浮子，浮子包括浮筒和顶杆，顶杆的上端穿过隔板，位于与等强度梁一、等强度梁二的连接端点的正下方。下腔的侧面沿竖直方向固定液位指示管。本实用新型专利技术差动式光纤光栅静力水准仪结构简单、灵敏度高、具有温度自补偿功能。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光纤传感
，尤其涉及一种差动式光纤光栅静力水准仪。
技术介绍
光纤光栅传感技术是利用光栅在外界因素影响下发生波长漂移，实现准分布传感和测量的技术。作为一种新型的无源传感元件，光纤光栅具有抗电磁干扰、抗腐蚀、高可靠性、高测量精度以及很强的串联组网能力等优点。因此光纤光栅传感器在电力系统、自然资源开采以及水利工程中发挥着重要作用。桥梁、隧道、堤坝等在外界因素或自然条件下会产生变形，局部或整体在竖直方向上的挠度变化反应了竖直方向上受力的不均匀性，会对桥梁、隧道、堤坝等的安全性和使用性产生不利影响。目前主要使用静力水准仪监测结构在竖直方向上位移，静力水准仪主要由液缸、浮筒、敏感器件等部件组成，适用于测量参考点与测试点之间的基体在竖直方向的相对位移。在使用过程中，静力水准仪利用连通器的原理，通过连通管连在一起的多个静力水准仪以及储液罐的液面总是在同一水平面，通过测量不同静力水准仪内部液面的高度变化间接测量测量点的竖直方向位移变化。传统的静力水准仪多采用称重式、电容式和压力式，这些电类传感器由于抗电磁干扰差、长期稳定性差、远距离传输信号衰减严重以及不易于组建传感网络等原因在某些情况下使用受限。光纤光栅静力水准仪解决了上述传统静力水准仪存在的问题，专利号为201520094700.1的中国专利“基于光纤光栅传感器的多通路静力水准装置”采用浮子式，由一个定滑轮传递力并改变方向，通过拉伸金属片使附着在其上的光栅波长发生漂移，从而检测液面变化。但定滑轮机构的自身摩擦较大不容忽视，影响传感器的测量精度和重复性。由于未采取温度补偿的措施，所以该传感器测量结果受温度影响较大。专利号为201120149877.9的中国专利“一种光栅静力水准仪”采用浮子式双光栅结构，浮力通过浮子作用于等强度梁，粘贴在等强度梁上面的光栅应变发生变化，应变变化导致波长的漂移，这样液面变化与波长漂移之间发生对应关系，并且双光栅结构具有温度补偿功能。但由于等强度梁的材料本身限制，本身应变变化有限，所以波长变化量有限，所以该静力水准仪的灵敏度不大。
技术实现思路
本技术针对现有技术中的问题，提供一种差动式光纤光栅静力水准仪，结构简单、灵敏度高，并且具有温度自补偿功能。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种差动式光纤光栅静力水准仪，包括若干个结构相同并且串联连接的光纤光栅静力水准装置，相邻光纤光栅静力水准装置的下腔之间通过通液三通阀进行连通，通液三通阀设置在光纤光栅静力水准装置的下腔的下部，每个光纤光栅静力水准装置为圆柱腔状，分为上腔和下腔，上腔和下腔之间由隔板进行分隔，上腔包括上盖、等强度梁一、等强度梁二、光纤光栅一、光纤光栅二、出纤管一、出纤管二，上盖中沿上盖的直径方向固定等强度梁一、等强度梁二，等强度梁一、等强度梁二的结构、尺寸相同且对称设置，它们相互靠近的一端固定连接，等强度梁一的上表面粘贴光纤光栅一，等强度梁二的下表面粘贴光纤光栅二，光纤光栅一、光纤光栅二分别通过位于上盖侧方的出纤管一、出纤管二与外部检测仪器连接；下腔中设置浮子，浮子包括浮筒和顶杆，顶杆的下端固定在浮筒的上端面中心处，顶杆的上端穿过隔板，位于与等强度梁一、等强度梁二的连接端点的正下方；下腔的侧面沿竖直方向固定液位指示管；每个光纤光栅静力水准装置的下腔的上部分别设置一个通气三通阀。按上述技术方案，液位指示管的上端和下端分别通过一个二通阀与下腔相连通。按上述技术方案，通过卡环一、卡环二对浮筒进行水平限位，使浮筒位于下腔的中部。按上述技术方案，液位指示管的上端、下端的二通阀与下腔之间均通过螺纹连接，并分别设置1个密封圈。按上述技术方案，下腔的底面上设置小凸台，下腔的底面与浮筒的下底面之间通过小凸台接触。按上述技术方案，顶杆的材质为铝。本技术的工作原理为，多个光纤光栅静力水准装置通过通液三通阀串联并形成连通器，所有光纤光栅静力水准装置内液面保持相平并与参考基点的液面在同一水平面上，当任一光纤光栅静力水准装置所在检测点的竖直方向位移发生变化时，各个光纤光栅静力水准装置内液面仍在同一水平面，但该检测点的光纤光栅静力水准装置内液体深度发生变化，光纤光栅静力水准装置内浮筒所受浮力发生变化，所以作用在等强度梁一和等强度梁二上的力发生变化，等强度梁一和等强度梁二发生相应变形，其表面应变也发生变化，同时粘贴在表面的光栅一和光栅二也同步产生应变变化，根据光纤光栅传感原理，光栅一和光栅二波长发生漂移。由于光栅一粘贴于等强度梁一的上表面，光栅二粘贴于等强度梁二的下表面，所以在等强度梁一和等强度梁二发生变形过程中，一个光栅受拉，波长变大，另一个光栅受压，波长变小，由于它们处于同一温度场中，所以温度对它们的影响相同。将光栅一和光栅二的波长变化量相减，一方面消除了温度变化的影响，达到了温度补偿的作用，另一方面应变大小被放大，达到了增加灵敏度的作用。本技术产生的有益效果是：采用光纤光栅作为差动式光纤光栅静力水准仪的关键传感元件，发挥了其抗干扰能力强、传感测量精度高、耐久性强以及便于组网的优点；采用双光纤光栅，具有温度自补偿作用；采用差动式结构，提高了测量灵敏度。附图说明下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，附图中：图1是本技术实施例差动式光纤光栅静力水准仪的结构示意图；图2为图1的剖视图；图3为卡环一的结构示意图；附图中：1-出纤管，2-上盖，3-下腔，4-通气三通阀，5-液位指示管，6-通液三通阀，7-二通阀，8-等强度梁一，9-光纤光栅一，10-顶杆，11-光纤光栅二，12-等强度梁二，13-隔板，14-浮筒，15-卡环一，16-卡环二。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术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，并不用于限定本技术。本技术实施例中，提供一种差动式光纤光栅静力水准仪，包括若干个结构相同并且串联连接的光纤光栅静力水准装置，相邻光纤光栅静力水准装置的下腔之间通过通液三通阀进行连通，通液三通阀设置在光纤光栅静力水准装置的下腔的下部，每个光纤光栅静力水准装置为圆柱腔状，分为上腔和下腔，上腔和下腔之间由隔板进行分隔，上腔包括上盖、等强度梁一、等强度梁二、光纤光栅一、光纤光栅二、出纤管一、出纤管二，上盖中沿上盖的直径方向固定等强度梁一、等强度梁二，等强度梁一、等强度梁二的结构、尺寸相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种差动式光纤光栅静力水准仪，其特征在于，包括若干个结构相同并且串联连接的光纤光栅静力水准装置，相邻光纤光栅静力水准装置的下腔之间通过通液三通阀进行连通，通液三通阀设置在光纤光栅静力水准装置的下腔的下部，每个光纤光栅静力水准装置为圆柱腔状，分为上腔和下腔，上腔和下腔之间由隔板进行分隔，上腔包括上盖、等强度梁一、等强度梁二、光纤光栅一、光纤光栅二、出纤管一、出纤管二，上盖中沿上盖的直径方向固定等强度梁一、等强度梁二，等强度梁一、等强度梁二的结构、尺寸相同且对称设置，它们相互靠近的一端固定连接，等强度梁一的上表面粘贴光纤光栅一，等强度梁二的下表面粘贴光纤光栅二，光纤光栅一、光纤光栅二分别通过位于上盖侧方的出纤管一、出纤管二与外部检测仪器连接；下腔中设置浮子，浮子包括浮筒和顶杆，顶杆的下端固定在浮筒的上端面中心处，顶杆的上端穿过隔板，位于与等强度梁一、等强度梁二的连接端点的正下方；下腔的侧面沿竖直方向固定液位指示管；每个光纤光栅静力水准装置的下腔的上部分别设置一个通气三通阀。

【技术特征摘要】
1.一种差动式光纤光栅静力水准仪，其特征在于，包括若干个结构相同并且串联连接的光纤光栅静力水准装置，相邻光纤光栅静力水准装置的下腔之间通过通液三通阀进行连通，通液三通阀设置在光纤光栅静力水准装置的下腔的下部，每个光纤光栅静力水准装置为圆柱腔状，分为上腔和下腔，上腔和下腔之间由隔板进行分隔，上腔包括上盖、等强度梁一、等强度梁二、光纤光栅一、光纤光栅二、出纤管一、出纤管二，上盖中沿上盖的直径方向固定等强度梁一、等强度梁二，等强度梁一、等强度梁二的结构、尺寸相同且对称设置，它们相互靠近的一端固定连接，等强度梁一的上表面粘贴光纤光栅一，等强度梁二的下表面粘贴光纤光栅二，光纤光栅一、光纤光栅二分别通过位于上盖侧方的出纤管一、出纤管二与外部检测仪器连接；下腔中设置浮子，浮子包括浮筒和顶杆，顶杆的下端固定在浮筒的上端面中心处，顶杆的上端穿过隔板，位于与等强度梁一、等强度梁二...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东生，张秋波，吴梦绮，陈肖，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42