The invention provides a high-range and high-precision tensiometer based on fiber Bragg grating and its saturation method. The tensiometer comprises a high air intake ceramic head, which is arranged in an upper nested ring to establish hydraulic connection with soil directly. The upper part of the lower base is provided with an elastic diaphragm, and the inner part of the upper nested ring is formed by a gap between the elastic diaphragm and the high air intake ceramic plate. In the water storage chamber, the piezometric grating is fixed on the elastic diaphragm through two symmetrically arranged grating fixed columns. The invention is suitable for long-term monitoring and can also be applied to the area affected by magnetic field. The fiber grating is used as a sensing strain element, which can easily expand the tension measurement to the positive pressure part, reduce the height of the water storage chamber, improve the measuring range of the tension meter, set the \O\ type sealing ring, reduce the interference of external stress, set the temperature compensation fiber grating, and avoid the soil body. The influence of ambient temperature fluctuation on measurement results; the tensiometer saturation method is simple to operate and has good saturation effect.
【技术实现步骤摘要】
基于光纤光栅的高量程高精度张力计及其使用和饱和方法
本专利技术涉及一种光纤光栅传感仪器,尤其涉及一种基于光纤光栅的高量程高精度张力计及其饱和方法。
技术介绍
自然界中浅层土体均处于非饱和状态,非饱和土中由于孔隙气的存在,使土体中存在吸力,而吸力是影响非饱和土体性质的一个核心因素,因此,吸力测量成为非饱和土力学研究的一个核心问题。在现有的测量技术中,吸力量测的方法有很多,包括直接法,比如张力计法和轴平移技术;间接法,如滤纸法。在这些方法中,轴平移技术一般适用于室内试验,滤纸法受外界环境影响大,且对测试人员的操作水平要求高,而张力计测量吸力是一种比较广泛且成熟的技术,但也存在两个技术问题,一方面,张力计普遍采用的应变传感原理包括振弦式,压电式、电阻式等,这些应变传感原理均存在不同程度的缺陷,比如,振弦式采用频率作为传输信号,其精度低,响应速度慢,长期稳定性差;电阻式和压电式采用电为传感信号,其易受电磁干扰,长距离传输信号弱,特别不适用于在一些强电磁干扰的恶劣环境以及需远距离检测的场合。另一方面,普通张力计很难连续长时间工作,原因在于张力计本身的结构特点:压力传感器和陶土头之间是一个储水腔,如果储水腔中存在空气,张力计将会在一个远远小于最大量程的吸力作用下产生气穴作用,导致张力计不能继续正常工作。因此,在使用前,需要使张力计充分饱和,也就是高进气值陶土头和储水腔需达到共同饱和。目前张力计的饱和普遍采用两阶段饱和法:初始抽真空和预压循环稳定。初始抽真空的目的在于将腔体和高进气值陶土头中的空气除去,预压循环稳定则可迫使气压汽化核溶解到水中,而不会附着在测量系统的内壁 ...
【技术保护点】
1.一种基于光纤光栅的高量程高精度张力计,包括下底座(11),其特征在于,所述下底座(11)顶部开口,且自上到下依次成形有上腔体(19)、中腔体(20)和下腔体(21),上腔体(19)、中腔体(20)和下腔体(21)的直径自上向下依次减小;上腔体(19)内固定有上嵌套环(1),上嵌套环(1),上嵌套环(1)底部内凸成形有挡环(22),挡环(22)上方内固定有高进气值陶土头(2),挡环(22)内形成储水腔(8),储水腔(8)内填充有无气水;所述中腔体(20)内安装有弹性膜片(7),弹性膜片(7)上固定有测压光栅(5),测压光栅(5)处于下腔体(21)内,下腔体(21)内还安装有测温光栅(4);储水腔(8)的厚度为0.1mm至0.5mm。
【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅的高量程高精度张力计,包括下底座(11),其特征在于,所述下底座(11)顶部开口,且自上到下依次成形有上腔体(19)、中腔体(20)和下腔体(21),上腔体(19)、中腔体(20)和下腔体(21)的直径自上向下依次减小;上腔体(19)内固定有上嵌套环(1),上嵌套环(1),上嵌套环(1)底部内凸成形有挡环(22),挡环(22)上方内固定有高进气值陶土头(2),挡环(22)内形成储水腔(8),储水腔(8)内填充有无气水;所述中腔体(20)内安装有弹性膜片(7),弹性膜片(7)上固定有测压光栅(5),测压光栅(5)处于下腔体(21)内,下腔体(21)内还安装有测温光栅(4);储水腔(8)的厚度为0.1mm至0.5mm。2.如权利要求1所述的基于光纤光栅的高量程高精度张力计,其特征在于,所述弹性膜片(7)通过“O”型密封圈(6)固定在中腔体(20)内,“O”型密封圈(6)固定在中腔体(20)开设的矩形槽内。3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的高量程高精度张力计,其特征在于:所述测压光栅(5)与测温光栅(4)串接于同一光纤上,光纤通过光纤引入口与外界光缆连接。4.根据权利要求1所述的所述的基于光纤光栅的高量程高精度张力计,其特征在于:所述弹性膜片(7)在粘贴测压光栅(5)时,先打磨平整,然后再施加设定的压力,使测压光栅(5)粘贴弹性膜片(7)上时能够产生相应的预拉伸。5.一种基于光纤光栅的高量程高精度张力计的使用方法,其特征在于,使用过程包括以下步骤:步骤一:将张力计与饱和器(12)密封连接,并饱和高进气值陶土头(2);步骤二:利用钻孔或开挖沟槽,将张力计埋置...
【专利技术属性】
技术研发人员:杨明辉,邓波,徐瑶,付大喜,陈艳平,胡珍宝,王书葆,王文筱,
申请(专利权)人:湖南大学,
类型:发明
国别省市:湖南,43
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