光纖光柵測斜傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種測傾斜傳感器，屬于一種基于光纖光柵原理的測斜傳感器，主要應(yīng) 用于壩體、邊坡和路基的斜移測量。 技術(shù)背景
[0002] 我國的水利水電建設(shè)，高速公路建設(shè)正處于快速發(fā)展的擴張時期，出現(xiàn)了越來越 多的商邊坡和商填方路基。無論是在大現(xiàn)現(xiàn)體內(nèi)部還是在商填方路基的地基土體，由于填 筑體對其施加了較大的壓力，產(chǎn)生壓縮變形，導(dǎo)致產(chǎn)生較大的土體斜移。對土體斜移的測量 是工程監(jiān)測與工程安全穩(wěn)定的重要指標(biāo)之一，因此測斜儀被廣泛應(yīng)用于巖土工程原位監(jiān) 測中，尤其是在邊坡、路基、土體壩及地下洞室的深層側(cè)向位移監(jiān)測。
[0003] 傳統(tǒng)的測斜傳感器多為電子元器件傳感器，不可避免的帶來了易受電磁輻射干 擾。長期穩(wěn)定性差的缺點，無法滿足在強電磁輻射等惡劣工作環(huán)境中需要。
[0004] 本發(fā)明的測斜傳感器是基于光纖光柵原理。光纖光柵是一種性能優(yōu)良的應(yīng)變傳感 元件，本身具有靈敏度高，體積小，耐腐蝕，抗電磁輻射等優(yōu)點，特別適用于長期在線監(jiān)測， 而且多個光纖光柵組成的傳感系統(tǒng)，采用一根光纜，可實現(xiàn)準分布式測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足并在此基礎(chǔ)上進行改進設(shè)計，提供一種高靈敏度、 大量程的光纖光柵測斜傳感器，通過杠桿發(fā)大原理使傳感器的分辨率成倍增加，本發(fā)明的 光纖光柵測斜傳感器有重力球感應(yīng)部分、鋼板平衡部分、感應(yīng)光纖光柵、補償光纖光柵以及 其他部件組成。
[0006] 本發(fā)明最重要的部分是重力球感應(yīng)部分和鋼板平衡部分，每一部分又包括了起放 大作用的杠桿，支撐杠桿的軸承，起固定作用的軸承外殼，以及滑輪和鏈接的金屬絲。本發(fā) 明的創(chuàng)新之處在于利用兩個部分的重力，使其在一點（M點)達到平衡。為保證感應(yīng)光纖光柵 發(fā)生足夠的應(yīng)變，在傳感器體積小的原則下，采用多級杠桿放大的方法將重力球重力放大， 杠桿2c、2d、2e的比例分別為1:6、1:10、1:10,將重力為IOg的金屬球放大為600g，金屬絲 (3d)將重力球與2e連接，滑輪組（6c、6d)把3d夾在滑輪凹槽內(nèi)，重力球在由于斜移發(fā)生位 移時，作用2e的力始終為垂直于2e的。再用滑輪（6c)和金屬絲（3c)將2d和2e連接，其 中2c和2d之間用剛性的金屬桿連接。金屬絲（3b)將整個重力球感應(yīng)部分連接在2a的M 位置，3b穿越了 2b連接在M處。
[0007] 鋼板平衡部分通過兩級杠桿將鋼板重力放大。鋼板重力為l〇〇g，2a、2b的比例為 1: 6、1:10,將重力放大為600g，作用在M處。2b被金屬絲（3b)穿透，滑輪（6a)和金屬絲（3a) 將作用在2b右端堅直向上的作用力轉(zhuǎn)變?yōu)?a右端堅直向下的作用力。
[0008] 本發(fā)明用到的所有杠桿（2a~2e)，支點均為兩端套有金屬軸承的不銹鋼桿，并與不 銹鋼桿固定，即杠桿可隨不銹鋼桿轉(zhuǎn)動。軸承與不銹鋼桿（5a~5e)通過4a~4e固定在外殼 上。
[0009] 本發(fā)明的感應(yīng)光纖光柵和補償光纖光柵是預(yù)張拉的，補償光纖光柵穿越重力球內(nèi) 部，一端固定在重力球內(nèi)部，一端穿出傳感器外殼做信號輸出。感應(yīng)光纖光柵與2a連接，穿 出外殼輸出信號。
【附圖說明】
[0010] 本發(fā)明的實施例通過以下的附圖來進行描述。
[0011] 附圖1為本發(fā)明的總體三維結(jié)構(gòu)圖。
[0012] 附圖2為本發(fā)明的鋼板平衡部分的三維圖。
[0013] 附圖3為本發(fā)明的重力球感應(yīng)部分的三維圖。
[0014] 附圖4為本發(fā)明的總體主視圖（1)、側(cè)視圖（2)和俯視圖（3)。
【具體實施方式】
[0015] 附圖1中，Ia和Ib分別是感應(yīng)光纖光柵和補償光纖光柵，用于感應(yīng)傾斜角度和 溫度補償；2a~2e都是起放大作用的金屬杠桿；3a~3c為柔性金屬絲，把杠桿連接在一起； 4a~4e為套在軸承外面的固定，將各個軸承與外殼10連接；5a~5e為金屬桿，金屬桿兩端各 套有一個高靈敏度的軸承，金屬桿作為杠桿的支點與搭在上面的杠桿連接固定；6a飛c為 滑輪，6a作用為將力的方向改變，6b和6c將金屬絲3c夾在滑輪凹槽內(nèi)；7為平衡鋼板；8為 重力球；9為剛性連接，連接了 2c和2d ; 10為光纖光柵測斜傳感器的外殼。
[0016] 本發(fā)明設(shè)計的光纖光柵測斜傳感器，M處的受力是平衡的，重力球感應(yīng)部 分作用在M處的作用力為堅直向下的，大小為600g ;鋼板平衡部分作用在M處的作 用力為堅直向上的，大小為600g。當(dāng)光纖光柵測斜傳感器發(fā)生傾斜時，重力球偏離 堅直方向的角度為Θ時，作用在金屬絲（3c)的作用力不再是重力球的重力，而變?yōu)?6〇〇*cos0 g，M處作用力變?yōu)?〇〇*cos0 g，而鋼板平衡部分作用在M處的作用力依 然為600g，此時M處受力不再平衡，AF= (600-600cos Θ )g。由于AF的改變，感應(yīng) 光纖光柵發(fā)生應(yīng)變Ax，Ax的改變引起光纖光柵拉長或縮短，導(dǎo)致感應(yīng)光柵的波長 ^_發(fā)生變化，如溫度導(dǎo)致光柵波長變化為,則傳感器傾斜角度θ與；^和;It滿足下列關(guān) 系。
[0017] !丨=f-(玟 。
[0018] 由于光纖光柵的應(yīng)變受溫度的影響較大，因此必須消除溫度對監(jiān)測結(jié)果的影響。 補償光纖光柵是經(jīng)過預(yù)張拉的，重力球在發(fā)生Θ的位移時，會拉動補償光纖光柵，引起補 償光纖光柵波長變化則Θ與^和足下列關(guān)系。
[0019] 神氣）。
[0020] 根據(jù)（1)和（2)可消除4。同時還可根據(jù)補償光纖光柵/I2的變化，可判斷出光纖 光柵相對于平衡狀態(tài)是受拉還是受壓，進一步得到重力球擺動的方向。
【主權(quán)項】
1. 一種光纖光柵測斜傳感器，其特征是由感應(yīng)光纖光柵，補償光纖光柵，重力球感應(yīng)部 分，鋼板平衡部分組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述，光纖光柵測斜傳感器其特征在于：有兩根光纖光柵，一根用于 感應(yīng)應(yīng)變，一根用于溫度的補償，補償光纖光柵經(jīng)預(yù)拉伸后，一端固定在重力球內(nèi)部，另一 端固定在傳感器外殼上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述，光纖光柵測斜傳感器其特征在于：重力球感應(yīng)部分和平 衡鋼板部分通過不同比例的杠桿將重力球和平衡板的重力放大。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述，光纖光柵測斜傳感器其特征在于：重力球感應(yīng)部分由一個IOg 的重力球,和三個放大作用的杠桿組成,杠桿比例為1:6或1:10,連接重力球的繩索被一對 滑輪加緊，重力球發(fā)生擺動時，繩索保持穩(wěn)定的同時還可傳遞拉力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述，光纖光柵測斜傳感器其特征在于：平衡鋼板部分是由一個 100g的鋼板和兩個放大的杠桿組成，杠桿比例為1:6或1:10。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4和5所述，光纖光柵測斜傳感器其特征在于：重力球感應(yīng)部分和平 衡鋼板部分的各杠桿由不銹鋼制成，直徑為3mm或5mm，且各部分的杠桿均與一個兩端套有 軸承的不銹鋼桿連接，不銹鋼桿根據(jù)受力不同直徑分別為3mm或5mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述，光纖光柵測斜傳感器其特征在于：軸承外套有金屬的外殼，使 軸承與光纖光柵測斜傳感器的外殼相連，以固定軸承，且軸承采用耐腐蝕的自潤滑陶瓷軸 承，直徑為1〇_，并套在不鎊鋼桿兩$而。
8. 根據(jù)任一權(quán)利要求所述，光纖光柵測斜傳感器其特征在于：兩個杠桿之間通過柔性 鋼絲連接或剛性金屬桿連接，柔性的鋼絲需通過定滑輪，以改變力的方向。
【專利摘要】本發(fā)明是一種光纖光柵測斜傳感器，光纖光柵測斜傳感器主要由重力球感應(yīng)部分（3），鋼板平衡部分（2），感應(yīng)光纖光柵（1），補償光纖光柵（4）等組成。重力球感應(yīng)部分和鋼板平衡部分通過各級杠桿對力進行放大，并與光纖光柵的拉力構(gòu)成力平衡體系，當(dāng)傳感器發(fā)生斜移時，原有平衡被打破，使感應(yīng)光纖光柵（1）的拉力發(fā)生變化，通過監(jiān)測感應(yīng)光纖光柵波長的變化，獲得傳感器的傾斜角度。該傳感器具有靈敏度高，體積小，耐腐蝕，抗電磁輻射等優(yōu)點。
【IPC分類】G01C9-00
【公開號】CN104807441
【申請?zhí)枴緾N201410030271
【發(fā)明人】周峰, 劉凱, 申科
【申請人】周峰
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年1月23日