一种三维钻孔应力光纤光栅传感器及其监测方法技术

本发明专利技术公开一种三维钻孔应力光纤光栅传感器及其监测方法，包括：波纹管安装座、受压波纹管和拉伸波纹管；所述波纹管安装座上设有直径不同的受压波纹管和拉伸波纹管，受压波纹管的顶端设有受压块，拉伸波纹管的顶端设有悬臂梁，悬臂梁上设有光纤光栅；所述受压波纹管接收受压块施加的不同方向的钻孔应力，并将钻孔应力传输至拉伸波纹管，拉伸波纹管通过由直径引起的压力差带动悬臂梁产生竖直位移。采用不同直径的受压波纹管和拉伸波纹管的双波纹管形式，利用两波纹管直径尺寸的差异，形成压力差，以使拉伸波纹管产生向上的位移量，从而起到监测的效果。到监测的效果。到监测的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种三维钻孔应力光纤光栅传感器及其监测方法


[0001]本专利技术涉及测量
，特别是涉及一种三维钻孔应力光纤光栅传感器及其监测方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]传统煤矿用电子应力传感器一般采用高度集成的压感芯片输出电信号。该方式整体结构相对简单，但是存在量程单一、非本质安全、传输距离有限，抗电测干扰能力不足等缺点。
[0004]光纤光栅类传感器一般仅采用波纹管、应变梁结构，该传感器结构简单，但是该结构实际应用不易实现多方向的监测；由于光纤光栅的应变范围和波纹管的变化范围不相同，直接将光纤光栅的应变和波纹管的应变相匹配，不但限制了两应变元件的使用范围，也比较难以根据应用需求来调整传感器的测量精度或测量范围，因此，对于高灵敏度的监测场景，或大量程的监测应用都会受到限制。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种三维钻孔应力光纤光栅传感器及其监测方法，采用不同直径的受压波纹管和拉伸波纹管的双波纹管形式，利用两波纹管直径尺寸的差异形成压力差，以使拉伸波纹管产生向上的位移量，从而起到监测的效果。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种三维钻孔应力光纤光栅传感器，包括：波纹管安装座、受压波纹管和拉伸波纹管；
[0008]所述波纹管安装座上设有直径不同的受压波纹管和拉伸波纹管，受压波纹管的顶端设有受压块，拉伸波纹管的顶端设有悬臂梁，悬臂梁上设有光纤光栅；
[0009]所述受压波纹管接收受压块施加的不同方向的钻孔应力，并将钻孔应力传输至拉伸波纹管，拉伸波纹管通过由直径引起的压力差带动悬臂梁产生竖直位移。
[0010]作为可选择的实施方式，在所述受压波纹管和拉伸波纹管的正下方设有导液管道，且受压波纹管和拉伸波纹管的导液管道连通，用于受压波纹管与拉伸波纹管之间液体的流动。
[0011]作为可选择的实施方式，所述受压块设于受压波纹管的正上方，用于接收不同方向的钻孔应力，且受压块受力后产生的位移量作用于受压波纹管，以压缩受压波纹管。
[0012]作为可选择的实施方式，所述受压块上设有不同方向的开孔，用于接收不同方向的钻孔应力，以实现三维监测。
[0013]作为可选择的实施方式，所述受压波纹管接收钻孔应力后被压缩，并将钻孔应力传输至拉伸波纹管后，根据拉伸波纹管的拉伸量与受压波纹管的压缩量的不同，拉伸波纹
管发生竖直位移。
[0014]作为可选择的实施方式，所述悬臂梁的受力端设于拉伸波纹管的正上方，悬臂梁的固定端设于支柱上，所述支柱设于波纹管安装座上。
[0015]作为可选择的实施方式，所述悬臂梁的固定端通过滑块设于支柱上，并通过顶丝进行固定。
[0016]作为可选择的实施方式，所述受压波纹管与拉伸波纹管的直径比例可调。
[0017]作为可选择的实施方式，通过调节悬臂梁的梁体长度，增加测量量程；通过调节悬臂梁的梁体厚度，提高测量精度和灵敏度；通过在拉伸波纹管与悬臂梁之间，或在受压块与受压波纹管之间填充介质，增大监测量程。
[0018]第二方面，本专利技术提供一种第一方面所述的三维钻孔应力光纤光栅传感器的监测方法，包括：
[0019]受压块接收不同方向的钻孔应力，并施加至受压波纹管；
[0020]受压波纹管和拉伸波纹管通过导液管道连通，受压波纹管被压缩后，将钻孔应力传递至拉伸波纹管；
[0021]由受压波纹管和拉伸波纹管的直径不同，引起拉伸波纹管的拉伸量与受压波纹管的压缩量的不同，拉伸波纹管从而带动设有光纤光栅的悬臂梁产生竖直位移，实现监测过程。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]本专利技术提出的一种三维钻孔应力光纤光栅传感器及其监测方法，采用受压波纹管和拉伸波纹管的双波纹管形式，且受压波纹管和拉伸波纹管的直径不同，利用两波纹管直径尺寸的差异，形成压力差，以使拉伸波纹管产生向上的位移量，从而起到监测的效果。
[0024]本专利技术提出的一种三维钻孔应力光纤光栅传感器及其监测方法，根据对受压波纹管和拉伸波纹管的直径的调节，实现对监测量程、监测灵敏度的调节。
[0025]本专利技术提出的一种三维钻孔应力光纤光栅传感器及其监测方法，根据受压块接收不同方向的外部钻孔应力，实现三维监测。
[0026]本专利技术提出的一种三维钻孔应力光纤光栅传感器及其监测方法，还可通过调整悬臂梁的尺寸或厚度，或通过在受压块与受压波纹管之间填充不同的介质，实现对监测量程、监测灵敏度的调节。
[0027]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0028]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0029]图1为本专利技术实施例1提供的三维钻孔应力光纤光栅传感器示意图；
[0030]图2为本专利技术实施例1提供的三维钻孔应力光纤光栅传感器X轴方向示意图；
[0031]图3(a)
‑
3(b)为本专利技术实施例1提供的三维钻孔应力光纤光栅传感器Y轴方向示意图；
[0032]图4为本专利技术实施例1提供的三维钻孔应力光纤光栅传感器Z轴方向示意图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图与实施例对本专利技术做进一步说明。
[0034]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0035]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0036]在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0037]实施例1
[0038]如图1所示，本实施例提供一种三维钻孔应力光纤光栅传感器，包括：外壳、波纹管安装座、受压波纹管、拉伸波纹管、受压块、悬臂梁、光纤光栅、导液管道和支柱；
[0039]其中，所述外壳作为传感器内部元器件的保护及密封装置，其他各部件均设于外壳内；
[0040]所述波纹管安装座上设有直径不同的受压波纹管和拉伸波纹管；受压波纹管的顶端设有受压块，拉伸波纹管的顶端设有悬臂梁，悬臂梁上设有光纤光栅；
[0041]所述受压波纹管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维钻孔应力光纤光栅传感器，其特征在于，包括：波纹管安装座、受压波纹管和拉伸波纹管；所述波纹管安装座上设有直径不同的受压波纹管和拉伸波纹管，受压波纹管的顶端设有受压块，拉伸波纹管的顶端设有悬臂梁，悬臂梁上设有光纤光栅；所述受压波纹管接收受压块施加的不同方向的钻孔应力，并将钻孔应力传输至拉伸波纹管，拉伸波纹管通过由直径引起的压力差带动悬臂梁产生竖直位移。2.如权利要求1所述的一种三维钻孔应力光纤光栅传感器，其特征在于，在所述受压波纹管和拉伸波纹管的正下方设有导液管道，且受压波纹管和拉伸波纹管的导液管道连通，用于受压波纹管与拉伸波纹管之间液体的流动。3.如权利要求1所述的一种三维钻孔应力光纤光栅传感器，其特征在于，所述受压块设于受压波纹管的正上方，用于接收不同方向的钻孔应力，且受压块受力后产生的位移量作用于受压波纹管，以压缩受压波纹管。4.如权利要求1所述的一种三维钻孔应力光纤光栅传感器，其特征在于，所述受压块上设有不同方向的开孔，用于接收不同方向的钻孔应力，以实现三维监测。5.如权利要求1所述的一种三维钻孔应力光纤光栅传感器，其特征在于，所述受压波纹管接收钻孔应力后被压缩，并将钻孔应力传输至拉伸波纹管后，根据拉伸波纹管的拉伸量与受压波纹管的压缩量的不同，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹鲁，刘统玉，范鹏，宁雅农，石智栋，金光贤，郑兆莹，赵丽娜，
申请(专利权)人：广东感芯激光科技有限公司兖矿能源集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：