[发明专利]一种基于光纤光栅的固定式测斜仪器

说明书

本发明应用于光纤传感监测技术领域，公开了一种基于光纤光栅的固定式测斜仪器，包括传感器保护壳、第一光纤光栅测斜传感器、第二光纤光栅测斜传感器、连接光纤以及光纤尾纤，光纤光栅测斜传感器的感测部件为对称布设有光纤光栅的等强度悬臂梁，不同传感器的光纤光栅通过连接光纤串连后经尾纤引出。应用本发明固定式测斜仪，当被测结构物变形引起传感器发生倾斜时，通过测量传感器中光纤光栅的波长偏移量，计算得到倾斜角度并根据几何关系转化为水平方向位移变化量，利用水平面内两垂直方向的位移值确定变形的方向，从而实现对岩土体深部变形大小和方向的连续性监测。

技术领域

本发明属于光纤传感监测技术领域，特别涉及一种基于光纤光栅的固定式测斜仪器。

背景技术

深层位移监测技术是通过测量岩土体深部变形来反映坡体内部活动情况，是边坡地质灾害预测预警的重要手段。目前应用较多的深层位移监测仪器是基于微机电系统(MEMS)的测斜仪，包括便携式测斜仪和固定式测斜仪。便携式测斜仪操作简单，技术较为成熟，然而需要人工操作仪器完成测量，测试效率低，尤其是在工程条件恶劣、人工测量不便的高陡边坡，难以实现有效实时监测；固定式测斜仪可以实现边坡位移的连续、自动化测量，但由于单个测斜孔内测量节点数量受限，无法准确、全面地反映岩土体的深部变形状况。

光纤光栅具有抗电磁干扰、灵敏度高、体积小、复用能力强、耐腐蚀及便于实现准分布式传感等特点，近几年得到了迅速发展，利用光纤光栅所具有的独特优势，针对不同监测对象研发设计相应的传感器，可应用于不同的领域。光纤光栅传感器在岩土深层位移监测应用研究较少，一些学者提出将光纤光栅直接布设于测斜管或其他柔性结构表面的方法，然而这种方法计算复杂、测量精度难以满足要求。

发明内容

针对当前深层位移监测技术存在的不足，本发明旨在提供一种技术可靠且较为经济的光纤光栅固定式测斜仪，通过将多节测斜仪置于测斜孔内，准确测量被测结构物在两相对垂直平面的倾斜度并转化为水平方向的位移，实现边坡内部变形大小和方向的连续性监测。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种基于光纤光栅的固定式测斜仪，包括传感器保护壳、第一光纤光栅测斜传感器、第二光纤光栅测斜传感器，第一光纤光栅测斜传感器与第二光纤光栅测斜传感器采用螺丝固定于传感器保护壳内壁相应位置，通过连接光纤串连后经光纤尾纤引出。

作为优选的技术方案，所述第一光纤光栅测斜传感器与第二光纤光栅测斜传感器结构相同，布置方向互相垂直。

作为优选的技术方案，所述传感器保护壳包括保护套管、上密闭塞及下密闭塞，保护套管设有用于光纤光栅测斜传感固定的通孔，所述上密闭塞、下密闭塞均设有用于光纤尾纤通过用的小孔。

作为优选的技术方案，所述第一、第二光纤光栅测斜传感器均包括固定基座、布设有两个光纤光栅的等强度悬臂梁、质量摆锤、轴承；等强度悬臂梁的固定端通过螺丝和垫片固定在固定基座上，自由端用螺丝与质量摆锤连接。

作为优选的技术方案，所述固定基座设有与保护套管通孔对应的螺纹孔，与等强度悬臂梁接触的侧面设有固定螺纹孔和矩形凹槽，顶端有光纤尾纤通过的小孔，下端有安装轴承用的圆孔。

作为优选的技术方案，所述等强度悬臂梁在受力范围内采用等腰三角形形式，固定端和自由端分别为矩形、半圆形；等强度悬臂梁两侧面对称布设有第一光纤光栅和第二光纤光栅，等强度悬臂梁受质量摆锤作用力产生弯曲变形，引起两侧的应变大小相等方向相反。

作为优选的技术方案，所述质量摆锤上部连杆穿过轴承与固定支座连接并能够自由转动，下部质量块凸出部分设有与等强度悬臂梁自由端连接的螺纹孔。

当某一测点处出现变形，引起光纤光栅固定式测斜仪两个垂直方向的测斜传感器均发生倾斜，假设该测点处第一光纤光栅测斜传感器测试水平面内X轴向的相对位移△x，第二光纤光栅测斜传感器测量Y轴向的相对位移△y；