一种光纤光栅静力水准传感器的制作方法

1.该实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种光纤光栅静力水准传感器。


背景技术：

2.土木工程领域中，滑坡、公路填方边坡、建筑物差异沉降变形、隧道开挖沉降变形等均会用到静力水准传感器，其原理主要为连通器原理，无论何种情况，相互联通的液面均会在同一高程位置，利用该原理即可以实现两点之间差异沉降变形的监测目的。目前市场上静力水准传感器主要分为直接测量和间接测量两类。直接测量即通过声光电的方法直接测量传感器内液面距离储液罐到腔顶面的距离，比如有伸缩式浮球量筒式、激光液位测量式等，直接测量方法具有原理简单，测量精度较高的优点，但缺点在于储液罐内的液体受温度影响，会产生热胀冷缩现象，即使地表实际未产生沉降，储液罐内的液体也会随着当天温度的变化产生膨胀或收缩，从而导致液面到储液罐内腔顶面的距离也会随温度而波动，所以该类方法测量的精度会受温差变化影响，一般数据曲线波动性较大，监测数据质量较差。另一类间接测量方法主要是通过测量储液罐底面水压力，然后通过p＝ρgh来反算出液柱高度h，从而实现变形测量的目的，该方法的主要优点是一般不受液体自身热胀冷缩的影响，只受储液罐内液体的重量影响，故可以一定程度提高传感的器的精度，但实现该方法需要引入另一个水压传感器，会使得设备结构变得非常复杂，故障率偏高，目前市场上该类传感器较少生产应用。


技术实现要素：

3.针对上述技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种光纤光栅静力水准传感器，用以解决现有技术中的静力水准传感器受到外界因素影响，造成对沉降变形的测量精度不佳，以及结构复杂，导致使用故障率偏高的问题。
4.为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：
5.一种光纤光栅静力水准传感器，包括传感器单元，所述传感器单元包括储液筒，所述储液筒的上端设有端盖，所述端盖的中部设有透气孔，所述透气孔上设有气体连通管，所述储液筒内侧下部设有弹性膜片，所述弹性膜片将储液筒分为上下两个腔室，上腔室为储液室，下腔室为安装室，所述储液室内装有流动介质，且上腔室的外侧壁上对称设有与储液室内部连通的流动介质连接管，所述下腔室内设有光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器的光纤光栅部分粘接在弹性膜片上，所述光纤光栅传感器的连接头穿过下腔室的侧壁引导至储液筒外部。
6.本技术方案的工作原理为：
7.当储液筒内的流动介质的高度发生变化时，此时作用于底部弹性膜片的压力将会发生变化，即弹性膜片将会发生形变，在形变的过程中会使光纤光栅内的光栅周期发生变化，即改变了光纤光栅传感器折射光源的周期，即可以通过周期变化算出作用于弹性膜片上的压力，然后通过p＝ρgh的公式计算出储液筒内的流动介质的高度，即可算出监测地面
的沉降深度和位置。
8.进一步限定，至少由两个传感器单元组成，且相邻传感器单元的流动介质连接管连通，相邻一侧的光纤光栅传感器的连接头串接，其有益之处在于，根据被检测地面的地形或者是大小，可根据实际情况选取多个本传感器单元进行串接，可对地面局部沉降的范围监测更加精确。
9.进一步限定，所述传感器单元的流动介质连接管垂直与储液筒设置，且在使用时流动介质连接管处于水平状态，其有益之处在于，水平设置便于流动介质在相邻储液筒之间的流动，当地面发生微小沉降时，流动介质连接管就会倾斜，从而使流动介质流动，能提升本传感器对沉降的监测效果和精度。
10.进一步限定，相邻传感器单元的流动介质连接管之间可拆卸式连接，其有益之处在于，便于根据实际的地形条件对传感器单元的个数进行选取，同时便于安装和拆卸。
11.进一步限定，所述储液筒的底部设有将其固定于地面的支脚，其有益之处在于，便于将本传感器单元固定在检测地面上。
12.进一步限定，所述流动介质为水或者油液中的一种，其有益之处在于，根据实际情况进行选择，油液可用于低温环境下。
13.进一步限定，所述流动介质连接管堆对称设置在储液室的下部，其有益之处在于，设置在下部可增大液体流动的体积，即增大了地面沉降的测量量程。
14.进一步限定，所述传感器单元还包括与流动介质连接管相匹配的密封盖，其有益之处在于，避免传感器单元内部的流动介质溢出，造成浪费。
15.进一步限定，所述储液筒的上端设有水平气泡仪，其有益之处在于，保证储液筒能水平安装在待监测地面上，能提升对地面沉降的监测精度。
16.进一步限定，所述安装室内还设有温度补偿光栅点，其有益之处在于，通过设置的温度补偿光栅点所测得的数据和工作中的光纤光栅传感器测得的数据进行对比，可经过计算抵消温度对光纤光栅传感器的影响，使测得的压力变化更加的精确。
17.本实用新型所取得的技术效果如下：
18.(1)由于光纤光栅传感器小巧，使得整个静力水准传感器结构更加简单，性能更加稳定。
19.(2)光纤光栅传感器是一类高精度应变传感器，其具有精度高、稳定性高、故障率低、耐腐蚀和电磁辐射的优点，因此本静力水准传感器也具有如上的优点。
20.(3)由于该方法为间接测量法，可以较大程度克服储液罐内液体的热胀冷缩的影响。然而其自身会受到温差的影响，但根据相关资料显示，在温度40℃以下，水的膨胀系数一般为光纤光栅(玻璃材质)20倍以上，故利用光纤光栅传感器，可以显著降低因温差作用对测量精度的影响。
21.(4)光纤光栅是一类线性传感器，特别适合用于监测线状条带上各点的沉降变形，故可以通过光纤光栅将各个传感器进行串联，然后通过一台解调仪即可实现所有串联线路上的各个静力水准传感器的数据采集工作，使得实际开展监测工作更加方便快捷，同时在本静力水准传感器中还设有温度补偿光栅点，可消除温度对测量结果的影响。
附图说明
22.图1为本具体实施方式中传感器单元的结构示意图。
23.图2为本具体实施方式中多个传感器单元的连接结构示意图。
24.图3为本具体实施方式中弹性膜片与光纤光栅传感器的连接示意图。
25.附图编号
26.储液筒1、流动介质连接管2、气体连通管3、流动介质4、光纤光栅部分5、连接头6、弹性膜片7、温度补偿光栅点8。
具体实施方式
27.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
28.如图1到图3所示，一种光纤光栅静力水准传感器，包括传感器单元，传感器单元包括储液筒1，储液筒1的上端设有端盖，端盖的中部设有透气孔，透气孔上设有气体连通管管3，连通的管的作用是与大气压连通，储液筒1内侧下部设有弹性膜片7，弹性膜片7的材质为陶瓷或者是不锈钢，弹性膜片7将储液筒1分为上下两个腔室，上腔室为储液室，下腔室为安装室，储液室内装有流动介质4，流动介质4为水或者油液中的一种，根据实际情况进行选择，油液可用于低温环境下。且上腔室的外侧壁上对称设有与储液室内部连通的流动介质连接管2，传感器单元的流动介质连接管2垂直与储液筒1设置，且在使用时流动介质连接管2处于水平状态，水平设置便于流动介质4在相邻储液筒1之间的流动，当地面发生微小沉降时，流动介质连接管2就会倾斜，从而使流动介质4流动，能提升本传感器对沉降的监测效果和精度，下腔室内设有光纤光栅传感器，光纤光栅传感器的光纤光栅部分5粘接在弹性膜片7上，光纤光栅传感器的连接头6穿过下腔室的侧壁引导至储液筒1外部。
29.当储液筒1内的流动介质4的高度发生变化时，此时作用于底部弹性膜片7的压力将会发生变化，即弹性膜片7将会发生形变，在形变的过程中会使光纤光栅内的光栅周期发生变化，即改变了光纤光栅传感器折射光源的周期，即可以通过周期变化算出作用于弹性膜片7上的压力，然后通过p＝ρgh的公式计算出储液筒1内的流动介质4的高度，即可算出监测地面的沉降深度和位置。
30.在本实施例中的光纤光栅静力水准传感器至少由两个传感器单元组成，且相邻传感器单元的流动介质连接管2连通，相邻一侧的光纤光栅传感器的连接头6串接，根据被检测地面的地形或者是大小，可根据实际情况选取多个本传感器单元进行串接，可对地面局部沉降的范围监测更加精确。
31.优选地，相邻传感器单元的流动介质连接管2之间可拆卸式连接，便于根据实际的地形条件对传感器单元的个数进行选取，同时便于安装和拆卸。储液筒1的底部设有将其固定于地面的支脚，便于将本传感器单元固定在检测地面上。流动介质连接管2堆对称设置在储液室的下部，设置在下部可增大液体流动的体积，即增大了地面沉降的测量量程。传感器单元还包括与流动介质连接管2相匹配的密封盖，避免传感器单元内部的流动介质4溢出，造成浪费。
32.优选地，储液筒1的上端设有水平气泡仪，保证储液筒1能水平安装在待监测地面上，能提升对地面沉降的监测精度。
33.安装室内还设有温度补偿光栅点8，温度补偿光栅点8安装于光纤光栅传感器的光
纤上，不和弹性膜片7接触，通过设置的温度补偿光栅点8所测得的数据和工作中的光纤光栅传感器测得的数据进行对比，可经过计算抵消温度对光纤光栅传感器的影响，使测得的压力变化更加的精确。
34.需要提前说明的是，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。