光纤光栅土压力传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种光纤光栅土压力传感器，属于传感技术领域，包括壳体，以及设置在壳体内的X型架、弹性梁、盖体和支架；壳体的顶部设置有开口；X型架包括交叉设置且相互铰接的第一支撑梁和第二支撑梁，第一支撑梁和第二支撑梁的底部分别与壳体的底板滑动连接；弹性梁连接第一支撑梁的下部和第二支撑梁的下部；弹性梁上设置有用于监测弹性梁伸长量的光纤光栅；盖体位于X型架的上方，并与壳体密封连接，用于封堵开口；支架设置在盖体的底部，底部与第一支撑梁和/或第二支撑梁的上半部滑动连接。本实用新型专利技术提供的光纤光栅土压力传感器，能够实现对土压力大小的实时监测，可广泛应用于各种复杂的环境中。

Fiber Bragg grating earth pressure sensor

【技术实现步骤摘要】
光纤光栅土压力传感器
本技术属于传感
，更具体地说，是涉及一种光纤光栅土压力传感器。
技术介绍
目前，土木工程中土压力受土体力学性质、外界环境不断变化等因素的影响，使得监测土压力的变化非常困难。传统的土压力传感器按工作原理分类主要有电阻应变式土压力传感器和振弦式土压力传感器。电阻应变式土压力传感器的原理是依靠电阻应变片在土压力的作用下产生形变导致电阻值发生变化，从而测得土压力的大小。它不能长期适用于土压力的监测是因为电阻应变片对温度较敏感、输出信号较弱并且对于大应变有较大的非线性等。振弦式土压力传感器是由于钢弦在不同张力作用下具有不同的固定频率，从而测得土压力大小，通常这种传感器体积较大，并且精度较低、响应速度较慢。综上所述，这些传感器都存在稳定性差、易受环境干扰等缺点，故不能满足长期结构健康监测的需要。而现有的光纤光栅土压力传感器则存在精度低、寿命短、体积大等缺点，难以应用于工程结构的变形监测。
技术实现思路
本技术实施例的目的在于提供一种光纤光栅土压力传感器，旨在解决现有的光纤光栅土压力传感器则存在精度低、寿命短、体积大等缺点，难以应用于工程结构的变形监测的技术问题。一方面，提供了一种光纤光栅土压力传感器，包括：壳体，顶部设置有开口；X型架，设置在所述壳体内；所述X型架包括交叉设置且相互铰接的第一支撑梁和第二支撑梁，所述第一支撑梁和所述第二支撑梁的底部分别与所述壳体的底板滑动连接；弹性梁，连接所述第一支撑梁的下部和所述第二支撑梁的下部；所述弹性梁上设置有用于监测所述弹性梁伸长量的光纤光栅；盖体，位于所述X型架的上方，与所述壳体密封连接，用于封堵所述开口；以及支架，设置在所述盖体的底部，底部与所述第一支撑梁和/或所述第二支撑梁的上半部滑动连接；当所述盖体受到向下的土压力时，所述盖体的受力部分能够向下凹陷、推动所述支架向下移动，使得所述支架对所述第一支撑梁和所述第二支撑梁的上半部施加向下的压力。作为本申请另一实施例，所述弹性梁的一端与所述第一支撑梁的底部连接，另一端与所述第二支撑梁的底部连接。作为本申请另一实施例，所述支架包括平行设置的第一支板和第二支板；所述第一支板的顶部与所述盖体的底部固定连接，底部与所述第一支撑梁的上半部滑动连接；所述第二支板的顶部与所述盖体的底部固定连接，底部与所述第二支撑梁的上半部滑动连接。作为本申请另一实施例，所述第一支板和所述第二支板的底部分别设置有第一滚轮，所述第一支撑梁和所述第二支撑梁上分别设置有用于供相应第一滚轮滚动的第一滑道。作为本申请另一实施例，所述第一支撑梁和所述第二支撑梁的底部分别设置有第二滚轮，所述壳体的底板上设置有用于供相应第二滚轮滚动的第二滑道。作为本申请另一实施例，所述光纤光栅土压力传感器还包括：温度补偿光栅，设置在所述壳体内。作为本申请另一实施例，所述温度补偿光栅设有两个且分设在所述第一支撑梁和所述第二支撑梁上。作为本申请另一实施例，两个所述温度补偿光栅相互串联。作为本申请另一实施例，所述光纤光栅设有两个且对称设置在所述弹性梁的两侧。作为本申请另一实施例，所述壳体包括套筒和用于封堵所述套筒底口的底板，所述底板、所述盖体与所述套筒可拆卸且密封连接。上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：与现有技术相比，通过X型架将盖体受到的竖直方向的力转变为横向拉力，减小了光纤光栅土压力传感器的体积。另外，盖体与壳体密封连接，使得测试时土不会由盖体和壳体之间的缝隙进入壳体内，进而影响测试的正常进行以及测试的准确性，从而进一步提高了测试结构的精确度，保证了传感器较长的使用寿命。综上所述，本技术实施例提供的光纤光栅土压力传感器能够实现对土压力大小的实时监测，具有测量范围广、灵敏度高、结构简单、成本低、抗恶劣天气强等优点，可广泛应用于各种复杂的环境中。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的光纤光栅土压力传感器的竖向剖面结构示意图；图2为本技术实施例所采用的第二支撑梁与第二支板及第二滚轮连接关系示意图；图3为测量土压力时本技术实施例所采用的盖体的受力示意图；图4为测量土压力时本技术实施例所采用的X型架与弹性梁的受力情况简化示意图一；图5为测量土压力时本技术实施例所采用的X型架与弹性梁的受力情况简化示意图二。图中：100、壳体；110、筒体；120、底板；200、X型架；210、第一支撑梁；220、第二支撑梁；230、第一滑道；240、第二滚轮；300、弹性梁；400、光纤光栅；500、盖体；600、支架；610、第一支板；620、第二支板；630、第一滚轮。具体实施方式为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。请参阅图1，现对本技术实施例提供的光纤光栅土压力传感器进行说明。所述光纤光栅土压力传感器，包括壳体100，以及设置在壳体100内的X型架200、弹性梁300、盖体500和支架600。壳体100的顶部设置有开口。X型架200包括交叉设置且相互铰接的第一支撑梁210和第二支撑梁220，第一支撑梁210和第二支撑梁220的底部分别与壳体100的底板120滑动连接。弹性梁300连接第一支撑梁210的下部和第二支撑梁220的下部。弹性梁300上设置有用于监测弹性梁300伸长量的光纤光栅400。盖体500位于X型架200的上方，并与壳体100密封连接，用于封堵开口。支架600设置在盖体500的底部，底部与第一支撑梁210和/或第二支撑梁220的上半部滑动连接。当盖体500受到向下的土压力时，盖体500的受力部分能够向下凹陷、推动支架600向下移动，使得支架600对第一支撑梁210和第二支撑梁220的上半部施加向下的压力。为便于描述，下文中部分内容将光纤光栅土压力传感器简称为了传感器。使用前，先将光纤光栅400与光纤光栅400解调仪连接。测量土压力时，土壤对盖体500产生向下的压力，之后盖体500的受力部分向下凹陷推动支架600向下移动，对第一支撑梁210和第二支撑梁220的上半部施加向下的压力，第一支撑梁210和第二支撑梁220受力绕连接两者的铰轴旋转，进而两者之间的夹角增大，同时两者的底部分别对弹性梁300的两端施加向外的拉伸力，弹性梁300发生形变，同时带动粘接在弹性梁300上的光纤光栅400产生形变，之后光纤光栅400将形变信号传送至光纤光栅400解调仪。监测人员再通过监测光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.光纤光栅土压力传感器，其特征在于，包括：/n壳体，顶部设置有开口；/nX型架，设置在所述壳体内；所述X型架包括交叉设置且相互铰接的第一支撑梁和第二支撑梁，所述第一支撑梁和所述第二支撑梁的底部分别与所述壳体的底板滑动连接；/n弹性梁，连接所述第一支撑梁的下部和所述第二支撑梁的下部；所述弹性梁上设置有用于监测所述弹性梁伸长量的光纤光栅；/n盖体，位于所述X型架的上方，与所述壳体密封连接，用于封堵所述开口；以及/n支架，设置在所述盖体的底部，底部与所述第一支撑梁和/或所述第二支撑梁的上半部滑动连接；当所述盖体受到向下的土压力时，所述盖体的受力部分能够向下凹陷、推动所述支架向下移动，使得所述支架对所述第一支撑梁和所述第二支撑梁的上半部施加向下的压力。/n

【技术特征摘要】
1.光纤光栅土压力传感器，其特征在于，包括：
壳体，顶部设置有开口；
X型架，设置在所述壳体内；所述X型架包括交叉设置且相互铰接的第一支撑梁和第二支撑梁，所述第一支撑梁和所述第二支撑梁的底部分别与所述壳体的底板滑动连接；
弹性梁，连接所述第一支撑梁的下部和所述第二支撑梁的下部；所述弹性梁上设置有用于监测所述弹性梁伸长量的光纤光栅；
盖体，位于所述X型架的上方，与所述壳体密封连接，用于封堵所述开口；以及
支架，设置在所述盖体的底部，底部与所述第一支撑梁和/或所述第二支撑梁的上半部滑动连接；当所述盖体受到向下的土压力时，所述盖体的受力部分能够向下凹陷、推动所述支架向下移动，使得所述支架对所述第一支撑梁和所述第二支撑梁的上半部施加向下的压力。


2.如权利要求1所述的光纤光栅土压力传感器，其特征在于：所述弹性梁的一端与所述第一支撑梁的底部连接，另一端与所述第二支撑梁的底部连接。


3.如权利要求1所述的光纤光栅土压力传感器，其特征在于：所述支架包括平行设置的第一支板和第二支板；所述第一支板的顶部与所述盖体的底部固定连接，底部与所述第一支撑梁的上半部滑动连接；所述第二支板的顶部与所述盖体的底部固定连接，底部与所述第二支撑梁的上半部滑动连接。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爽，曾芳婧，张兴豪，程梓轩，张浩，钟志鑫，段君淼，翟步升，郭志利，张雷，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：新型
国别省市：河北;13