[发明专利]光纤光栅位移计

说明书

技术领域

本发明涉及一种位移测量装置，特别是一种光纤光栅顶板离层位移计。

背景技术

位移测量是工程领域经常遇到的技术问题，常见的测量仪器无法解决巷道内对顶板测量的精确度和实时测量的需要。

发明内容

本发明提出一种光纤光栅位移计，特别是一种光纤光栅顶板位移计，其能够准确实时的测量顶板的位移。

该光纤光栅顶板位移计包括锚爪1、2，连接件，弹性件2、5，传感器8、11，悬臂梁7、10和壳体14。上述壳体14固定于顶板13的底面，顶板13为岩体，顶板13上具有孔，该孔深入到岩体内部，所述锚爪固定于所述孔的基点处，所述锚爪通过所述连接件和所述弹性件连接于悬臂梁7、10自由端，所述悬臂梁7、10相对于自由端的另一端为固定端，所述固定端固定于壳体14上，传感器8、11粘贴于悬臂梁7、10上。

优选的，所述孔具有两个，深度较深的孔具有一深基点，深度较浅的孔具有一浅基点，所述锚爪1、2和所述悬臂梁7、10也分别相应具有两个，一个锚爪1固定于深基点，另一个锚爪2固定于浅基点，两个锚爪分别固定于悬臂梁7、10的自由端。

优选的，所述悬臂梁7、10为等截面悬臂梁或等强度梁。

优选的，所述弹性件2、5设置于壳体14内。

优选的，所述弹性件2、5设置于壳体14外。

优选的，所述连接件为刚性连接件。

优选的，所述刚性连接件为钢丝绳或铁线。

优选的，两个所述悬臂梁7、10上下布置或布置于同一水平线上。

优选的，所述锚爪为膨胀螺栓。

优选的，所述传感器8、11的一端与光纤连接，光纤与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪与计算机连接。

本发明的优点：

1.本发明应用范围广泛，可以应用于各种隧道工程、地铁工程顶板下沉量监测；

2.本发明中，悬臂梁梁在受力过程中作用点不变，在梁刚度较大的情况下，梁的挠度足够小，对应的线性关系能得到很好的保证。在梁发生较小挠度情况下，保证线性关系。即保证了测量的精度。

附图说明

附图1光纤光栅定位仪

附图2光纤光栅传感器

1-锚爪

2-弹簧

3-钢丝绳

4-锚爪

5-弹簧

6-钢丝绳

7-悬臂梁

8-传感器

9-固定端

10-悬臂梁

11-传感器

12-固定端

13-顶板

14-壳体

15-光纤

具体实施方式

该光纤光栅顶板位移计包括锚爪1、2、钢丝绳3、6、弹簧2、5、传感器8、11、悬臂梁7、10和壳体14，上述壳体14固定于顶板13的底面，顶板13上为岩体，顶板13上具有孔，该孔深入到岩体内部，所述锚爪固定于所述孔的基点处，所述锚爪通过所述弹簧2、5和钢丝绳连接于悬臂梁7、10自由端，所述悬臂梁7、10相对于自由端的另一端为固定端，所述固定端固定于壳体14上，传感器8、11粘贴于悬臂梁7、10上。所述孔具有两个，深度较深的孔具有一深基点，深度较浅的孔具有一浅基点，所述锚爪1、2和所述悬臂梁7、10也分别相应具有两个，一个锚爪1固定于深基点，另一个锚爪2固定于浅基点，两个锚爪分别固定于悬臂梁7、10的自由端。所述悬臂梁7、10为等截面悬臂梁或等强度梁。所述弹簧2、5设置于壳体14外。所述弹簧2、5也可以设置于壳体14内。两个所述悬臂梁7、10上下布置，悬臂梁布置于同一水平线上。所述锚爪可以为膨胀螺栓等固定件。所述传感器8、11的一端与光纤连接，光纤与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪与计算机连接。

顶板离层指示仪在发生离层时共分以下两种情况，其具体的工作原理如下：

1.浅基点锚爪4(即锚爪4不发生移动)以下发生离层，弹簧2和4均发生形变，故只需要通过任何一根弹簧拉伸量与波长变化对应关系，判断出浅基点以下发生离层量δ。其顶板位移下层量δ与波长变化量Δλ_B关系推导如下：

当顶板下沉量为δ时，以固定点4以下发生位移为例，壳体14随顶板13一起下沉位移量δ。

锚爪1与弹簧2刚性连接，弹簧产生δ的拉伸量，即：

F＝K*δ

K为弹簧弹性系数，F为弹簧形变后产生的外力。外力F作用于悬臂梁，使梁产生弯曲应变。根据悬臂梁的应力σ与外力关系F和梁长度L以及抗弯截面系数W关系为：

σ＝F*L/W