本发明专利技术提供了一种基于光纤光栅的测斜传感器及倾角监测装置，测斜传感器包括壳体，在壳体上设置有腔室，在腔室内设置有光纤光栅传感器，光纤光栅传感器的光纤从壳体顶壁伸出并用于外接检测设备，光纤光栅传感器的光纤下端连接相互交叉的多根横杆，在横杆的交点处固定连接有摆重组件，在腔室内还设置有固定杆，固定杆上端固定连接壳体、下端铰接连接横杆；倾角监测装置采用了式(Ⅰ)为计算模型，并输出测斜传感器的倾角。本发明专利技术可实现自动实时性测量，测量过程省时省力，避免了人为操作误差的影响；完全不会引起光栅啁啾现象，使得测量更精准，且能够实现多维测量；结构简单，降低了机械摩阻，稳定性更好。稳定性更好。稳定性更好。
【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤光栅的测斜传感器及倾角监测装置
[0001]本专利技术属于岩土斜测
，尤其涉及一种基于光纤光栅的测斜传感器及倾角监测装置。
技术介绍
[0002]传统的岩土测斜方法是先在被测岩土体中埋入测斜管，再放入测斜仪，周期性的获取边坡的变形数据。但这种方法费时费力，人为操作误差大，不具备实时监测的能力，且只能监测固定的两个方向。
[0003]近年来发展迅速的光纤光栅传感技术具有较高的灵敏度、抗电磁干扰和自动实时性强等优点，一些学者也将光纤光栅传感技术运用到了岩土测斜中，其做法通常将光纤光栅粘贴在测斜管上测量每个测点应变值，再推算斜管位移。然而，该方法仍然存在一些缺陷：(1)由于光栅粘贴在测斜管上，受力弯曲时会引起光栅啁啾现象(光栅使用胶水和测斜管粘贴在一块，理想情况下测斜管发生变形，引起胶水变形，进而光栅也产生相同的变形，但采用胶水粘贴后，胶水可能变形不均匀，造成光栅受力不均匀，进而造成光栅应变不均匀，故采用解调仪解调出来的光栅中心波长会发生畸形变化)，影响测斜结果；(2)无法实现多维测量；(3)安装布设过程复杂，费时费力，按10米测斜管，光栅传感器按1米一个对称粘贴，共20个粘贴点，需要2个人布设2天时间才能完成。
技术实现思路
[0004]本专利技术目的在于提供一种基于光纤光栅的测斜传感器及倾角监测装置，至少用于解决现有测斜方法容易引起光栅啁啾现象和无法实现多维测量的技术问题，并提高现有测斜仪器的稳定性、准确性和灵敏度。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案。
[0006]一种基于光纤光栅的测斜传感器，包括壳体，在壳体上设置有腔室，在腔室内设置有光纤光栅传感器，光纤光栅传感器的光纤从壳体顶壁伸出并用于外接检测设备，光纤光栅传感器的光纤下端连接相互交叉的多根横杆，在横杆的交点处固定连接有摆重组件，在腔室内还设置有固定杆，固定杆上端固定连接壳体、下端铰接连接横杆，且当壳体处于倾斜状态时，固定杆跟随壳体倾斜，此时，横杆和摆重组件做适应性倾斜。
[0007]作为优选方案，由两根横杆共同构成十字架，以构成二维测斜传感器。
[0008]作为另一优选方案，由至少三根横杆共同构成交叉架，以构成多维测斜传感器。
[0009]为进一步提高测量结果的准确性，横杆的交点位于壳体轴线上。
[0010]为进一步简化测量过程，提高倾角测量效率，一种采用前述测斜传感器的倾角监测装置，其特征在于：所述检测设备包括控制器，控制器内的存储器上存储有可在处理器上运行的程序，处理器执行所述程序时实现以下步骤/功能：读取光纤光栅解调仪输出的光纤光栅(传感器)二的中心波长变化与光纤光栅(传感器)一的中心波长变化的差值Δλ2‑
Δλ1；并根据式(Ⅰ)计算并输出测斜传感器的倾角θ；
式中，θ表示测斜传感器的倾角，Δλ2‑
Δλ1表示光纤光栅二的中心波长变化与光纤光栅一的中心波长变化的差值；l
f
表示光纤光栅一或光纤光栅二的原长，K
ε
表示光纤光栅对轴向应变的灵敏系数，a表示横杆长度的一半；E表示光纤光栅的弹性模量，A表示光纤光栅的截面积，mg表示摆重组件的重力，l表示摆重组件的重锤球心到横杆的交点长度。
[0011]有益效果：可实现自动实时性测量，测量过程省时省力，避免了人为操作误差的影响；完全不会引起光栅啁啾现象，使得测量更精准，且能够实现多维测量；结构简单，降低了机械摩阻，稳定性更好。
附图说明
[0012]图1为实施例1基于光纤光栅的测斜传感器示意图；图2为实施例1基于光纤光栅的测斜传感器倾角测量示意图。
具体实施方式
[0013]下面结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术部分实施例，而不是全部的实施例。实施例1
[0014]一种基于光纤光栅的测斜传感器，如图1所示，包括呈圆柱形的壳体1，在壳体1上设置有腔室8，在腔室8内设置有光纤光栅传感器(简称FBG)，光纤光栅传感器的光纤2从壳体1顶壁伸出并用于外接检测设备，光纤光栅传感器的光纤2下端连接相互交叉的两根横杆5，由两根横杆5共同构成十字架，以构成二维测斜传感器，具体来说共设有四个规格相同的光纤光栅传感器，分别是连接在其中一根横杆5两端的光纤光栅(传感器)一31(简称FBG1)和光纤光栅(传感器)二32(简称FBG2)，以及连接在另一根横杆两端的光纤光栅(传感器)三(简称FBG3)和光纤光栅(传感器)四(简称FBG4)；横杆5的交点位于壳体1轴线上，在横杆5的交点处固定连接有摆重组件，摆重组件由连接杆6和重锤7组成；在腔室8内还设置有固定杆4，固定杆4上端固定连接壳体1、下端铰接连接横杆5，且当壳体1处于倾斜状态时，固定杆4跟随壳体1倾斜。
[0015]其中，检测设备包括控制器，控制器内的存储器上存储有可在处理器上运行的程序，处理器执行所述程序时实现以下步骤/功能：读取光纤光栅解调仪输出的光纤光栅二的中心波长变化与光纤光栅一的中心波长变化的差值Δλ2‑
Δλ1；并根据式(Ⅰ)计算并输出测斜传感器的倾角θ。
[0016]测量过程中，当倾角传感器产生倾斜，重锤7、连接杆6和十字架也发生倾斜；同时，重锤7的重力作用会使光纤光栅产生拉伸或压缩，光栅受到应力作用其反射中心波长会发生变化，而光栅中心波长变化量与倾斜角度的改变量存在一定的函数关系。因此，通过测量光栅中心波长的漂移量，就可以测得倾斜角度。
[0017]下面结合图2以一个方向的倾角测量为例进行解析，为便于理解，图2中省略了一
根横杆5和相应的光纤光栅：当倾角传感器的壳体和固定杆产生倾角θ，由于十字架两端被两根光纤光栅固定，假设光纤光栅弹性模量无限大，则十字架和连接杆也将产生倾角θ；考虑两端光纤光栅的变形，则十字架、连接杆只会产生倾角θ2(θ2<θ)；在重锤重力作用下，FBG2产生伸长变形，FBG1产生收缩变形，假设因FBG2和FBG1变形造成的十字架和连接杆倾角为θ1，则θ＝θ1+θ2。
……………………………
(1)由于选用同一批次的两根中心波长近似相等，长度相同的FBG分别固定在传感器的对称位置上，当传感器倾斜时，FBG2被拉伸，受拉应变为Δε2，FBG1被压缩，受压应变Δε1，二者应变绝对值大小相等，Δε＝Δε2＝
‑
Δε1，相应的FBG受力改变量ΔF＝ΔF2＝
‑
ΔF1；FBG1和FBG2所受温度改变形同，ΔT＝ΔT1＝ΔT2传感器产生倾斜后，FBG2发生伸长变形，其应变为：式中Δl
f
为FBG2产生的拉伸量，l
f
为FBG2原长；由几何关系有：Δl
f
＝asinθ1……………………………………
(3)由(2)和(3)可得：式中a表示横杆长度的一半；故，传感器未倾斜前光纤光栅拉力F1＝F2，倾斜后根据O点弯矩为0，可知：(F2+ΔF2)cosθ1×
a
‑
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅的测斜传感器，包括壳体(1)，在壳体(1)上设置有腔室(8)，在腔室(8)内设置有光纤光栅传感器，光纤光栅传感器的光纤(2)从壳体(1)顶壁伸出并用于外接检测设备，其特征在于：光纤光栅传感器的光纤(2)下端连接相互交叉的多根横杆(5)，在横杆(5)的交点处固定连接有摆重组件，在腔室(8)内还设置有固定杆(4)，固定杆(4)上端固定连接壳体(1)、下端铰接连接横杆(5)，且当壳体(1)处于倾斜状态时，固定杆(4)跟随壳体(1)倾斜。2.根据权利要求1所述的测斜传感器，其特征在于：由两根横杆(5)共同构成十字架，以构成二维测斜传感器。3.根据权利要求1所述的测斜传感器，其特征在于：由至少三根横杆(5)共同构成交叉架，以构成多维测斜传感器。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的测斜传感器，其特征在于：横杆(5)的交点位于壳体(1)...
【专利技术属性】
技术研发人员：檀康，郭琪，
申请(专利权)人：重庆华地资环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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