一种小型化弹出式光纤光栅测缝计及封装方法技术

本发明专利技术提供了一种小型化弹出式光纤光栅测缝计及其封装方法，测缝计包括外壳、传递杆、传感器敏感结构、传递杆压盖、底盖、外接端子和弹簧；传感器敏感结构包括应变光纤、等强度梁、第一光纤夹具、第二光纤夹具、尾缆；应变光纤通过第一光纤夹具和第二光纤夹具固定在等强度梁上，第一光纤夹具与传递杆尾部相触，第二光纤夹具与底盖固定连接；连接应变光纤两端的两根尾缆从底盖穿出后分别与两个外接端子相连。本发明专利技术结构精简，尺寸小，精度高，通过弹簧设置令传递杆主动顶出，无需夹具张拉固定，传递杆头部使用滚珠球头，适应裂缝的错动变形。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化弹出式光纤光栅测缝计及封装方法
本专利技术属于岩土工程安全监测
，涉及一种小型化弹出式光纤光栅测缝计及其封装方法。
技术介绍
测缝计是在岩土工程中用于裂缝开合度监测的传感器，常见的类型有：光纤光栅式、差阻式、振弦式等等。现有测缝计在运用过程中存在以下不足：(1)传感器几何尺寸较大影响混凝土结构完整性。现有的各类测缝计长度尺寸一般在30-50cm左右，直径也在3-5cm左右，在盾构隧洞的混凝土管片结构中进行埋入式安装时，不仅安装难度大，而且会对被监测结构造成局部损伤，成为混凝土结构的先天缺陷，造成结构安全隐患。(2)安装部件繁多增加安装难度。常规的测缝计在自由状态下，一般没有受压量程，只具备较大的受拉量程。安装时，需要将其拉出一定变形量，使其具备一定的受压变形能力。这种结构决定了其两端必须分别设夹具，张拉测缝计并超过其自由状态时长度并固定。在一些应用场景中，测缝计两端不具备同时布设夹具的条件。(3)接缝三向变形时测缝计有失效风险。目前拉出式测缝计在使用时必须通过夹具使两端固定，测缝计只能产生轴向的伸缩变形。而当裂缝出现其他方向的错动变形时，会导致传感器应变感测芯体扭动变形，当采用埋入式安装、无法设万向接时，传感器存在失效风险，同时也使得监测数据不具代表性和科学性。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术重新设计了一种小型化弹出式光纤光栅测缝计，并提供该光纤光栅测缝计的封装方法。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种小型化弹出式光纤光栅测缝计，包括外壳、传递杆、传感器敏感结构、传递杆压盖、底盖、外接端子和弹簧；所述传递杆一端顶部具有滚珠球头，另一端伸入外壳内，其伸入外壳的一端为圆锥形，传递杆上具有圆盘，圆盘位于外壳内，圆盘周边均匀设置有若干突起，外壳内壁均布有与突起相适应的定位槽，所述突起嵌入定位槽内；传递杆压盖设置在外壳接近传递杆的一端，底盖设置在外壳另一端；弹簧设置在外壳内，位于传递杆圆盘与底盖之间；所述传感器敏感结构包括应变光纤、等强度梁、第一光纤夹具、第二光纤夹具、尾缆；应变光纤通过第一光纤夹具和第二光纤夹具固定在等强度梁上，第一光纤夹具与传递杆尾部相触，第二光纤夹具与底盖固定连接；应变光纤一端与一根尾缆连接，另一端与另一根尾缆连接，两根尾缆从底盖穿出后分别与两个外接端子相连。进一步的，所述第一光纤夹具和第二光纤夹具中均具有应变光纤安装槽，应变光纤两端分别设置在两夹具凹槽中，等强度梁一端与第一光纤夹具连接，另一端与第二光纤夹具连接。进一步的，所述第一光纤夹具与传递杆接触面为球面。进一步的，所述等强度梁是具有等厚度、表面为等腰三角形的悬臂梁。进一步的，所述底盖通过螺纹与外壳连接。进一步的，所述传递杆压盖与传递杆之间设置有若干层O型圈。进一步的，所述外接端子采用FC/APC端子。本专利技术还提供了一种小型化弹出式光纤光栅测缝计的封装方法，包括如下步骤：步骤1，将应变光纤安置于第一光纤夹具的应变光纤安装槽内，并使等强度梁、应变光纤、第一光纤夹具固定连接；步骤2，将应变光纤安置于第二光纤夹具的应变光纤安装槽内，并用螺丝使等强度梁、应变光纤、第二光纤夹具固定连接；步骤3，将应变光纤两端尾缆分别与底盖的出缆端子连接；步骤4，将第二光纤夹具与底盖用螺丝固定连接；步骤5，将底盖通过螺纹与外壳旋紧固定连接；步骤6，将弹簧放置进外壳内；步骤7，放入传递杆，使传递杆外围均布的若干凸起嵌入外壳均布的若干定位槽中；步骤8，套入传递杆压盖，通过螺纹与外壳旋紧固定连接。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：1.本专利技术提供的小型化弹出式光纤光栅测缝计结构精简，尺寸小，精度高，仪器尺寸可控制在长10cm以内，外径4cm以内。2.通过弹簧设置令传递杆主动顶出，无需夹具张拉固定。3.传递杆头部使用滚珠球头，适应裂缝的错动变形。4.利用定位槽与传递杆上的突起相配合，使传递杆轴向伸缩时，不产生旋转运动。附图说明图1为光纤光栅仪器原理图。图2为等强度梁原理示意图。图3为本专利技术提供的小型化弹出式光纤光栅测缝计示意图，其中(a)为整体结构示意图，(b)为(a)的左视图。图4为弹簧自由状态下外壳内部结构示意图。图5为测缝计自由状态时，传递杆与等强度梁的位置结构示意图。图6为测缝计传递杆缩至最小量程时的弹簧状态示意图。图7为测缝计传递杆缩至最小量程时，传递杆与等强度梁测位置结构示意图。图8为应变光纤与等强度梁的结构示意图。图9为等强度梁俯视图。图10为第一光纤夹具结构示意图，其中(a)为第一光纤夹具俯视图，(b)为第一光纤夹具的E-E向剖视图。图11为第二光纤夹具结构示意图，其中(a)为第二光纤夹具俯视图，(b)为第二光纤夹具的F-F向剖视图。图12为外壳结构示意图，其中(a)为外壳剖视图，(b)为(a)的A-A向剖视图。图13为传递杆压盖结构示意图，其中(a)为压盖剖视图，(b)为(a)的B向视图。图14为底盖结构示意图，其中(a)为底盖剖视图，(b)为(a)的C向视图。图15为传递杆结构示意图，其中(a)为传递杆剖视图，(b)为(a)的D向视图。附图标记说明：外壳1，传递杆2，传递杆压盖3，底盖4，外接端子5，应变光纤6，等强度梁7，第一光纤夹具8，第二光纤夹具9，应变光纤尾缆10，应变光纤安装槽11，O型圈12，圆盘13，弹簧14，滚珠球头15，突起16，定位槽17，具体实施方式以下将结合具体实施例对本专利技术提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。如图3、图5所示，本专利技术提供的小型化弹出式光纤光栅测缝计包括外壳1、传递杆2、传感器敏感结构、传递杆压盖3、底盖4、外接端子5、弹簧14。其中，传递杆2一端顶部具有滚珠球头15，另一端伸入外壳内，传递杆头部使用滚珠球头，能够适应裂缝的错动变形。传递杆2伸入外壳的一端为圆锥形，能够适应底盖安装时的螺纹旋紧安装。如图15所示，传递杆2上具有圆盘13，圆盘13位于外壳内，圆盘周边均匀设置有四个突起16，如图12所示，外壳内壁均布有4个定位槽17，突起嵌入定位槽内，使传递杆轴向伸缩时，不产生旋转运动。传递杆压盖3设置在外壳1接近传递杆2的一端，如图13所示，传递杆压盖3与传递杆2之间设两层O型圈12止水；底盖4设置在外壳另一端，通过螺纹与外壳1旋紧连接。弹簧14设置在外壳1内，位于传递杆2圆盘13与底盖4之间。弹簧自由状态时将传递杆向外顶出，如图4所示，在传递杆头部受力时，弹簧回缩，当测缝计传递杆缩至最小量程时，弹簧状态如图6所示。传感器敏感结构包括应变光纤6、等强度梁7、第一光纤夹具8、第二光纤夹具9、应变光纤尾缆10。如图8-11所示，第一光纤夹具8和第二光纤9夹具中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型化弹出式光纤光栅测缝计，其特征在于：包括外壳、传递杆、传感器敏感结构、传递杆压盖、底盖、外接端子和弹簧；所述传递杆一端顶部具有滚珠球头，另一端伸入外壳内，其伸入外壳的一端为圆锥形，传递杆上具有圆盘，圆盘位于外壳内，圆盘周边均匀设置有若干突起，外壳内壁均布有与突起相适应的定位槽，所述突起嵌入定位槽内；传递杆压盖设置在外壳接近传递杆的一端，底盖设置在外壳另一端；弹簧设置在外壳内，位于传递杆圆盘与底盖之间；所述传感器敏感结构包括应变光纤、等强度梁、第一光纤夹具、第二光纤夹具、尾缆；应变光纤通过第一光纤夹具和第二光纤夹具固定在等强度梁上，第一光纤夹具与传递杆尾部相触，第二光纤夹具与底盖固定连接；应变光纤一端与一根尾缆连接，另一端与另一根尾缆连接，两根尾缆从底盖穿出后分别与两个外接端子相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种小型化弹出式光纤光栅测缝计，其特征在于：包括外壳、传递杆、传感器敏感结构、传递杆压盖、底盖、外接端子和弹簧；所述传递杆一端顶部具有滚珠球头，另一端伸入外壳内，其伸入外壳的一端为圆锥形，传递杆上具有圆盘，圆盘位于外壳内，圆盘周边均匀设置有若干突起，外壳内壁均布有与突起相适应的定位槽，所述突起嵌入定位槽内；传递杆压盖设置在外壳接近传递杆的一端，底盖设置在外壳另一端；弹簧设置在外壳内，位于传递杆圆盘与底盖之间；所述传感器敏感结构包括应变光纤、等强度梁、第一光纤夹具、第二光纤夹具、尾缆；应变光纤通过第一光纤夹具和第二光纤夹具固定在等强度梁上，第一光纤夹具与传递杆尾部相触，第二光纤夹具与底盖固定连接；应变光纤一端与一根尾缆连接，另一端与另一根尾缆连接，两根尾缆从底盖穿出后分别与两个外接端子相连。


2.根据权利要求1所述的小型化弹出式光纤光栅测缝计，其特征在于：所述第一光纤夹具和第二光纤夹具中均具有应变光纤安装槽，应变光纤两端分别设置在两夹具凹槽中，等强度梁一端与第一光纤夹具连接，另一端与第二光纤夹具连接。


3.根据权利要求1所述的小型化弹出式光纤光栅测缝计，其特征在于：所述第一光纤夹具与传递杆接触面为球面。


4.根据权利要求1所述的小型化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊杰，孙国强，周克明，杜灿阳，陈平旋，郭清华，陆岸典，沙海明，
申请(专利权)人：江苏南水科技有限公司，广东粤海珠三角供水有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32