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1、(10)申请公布号 CN 103852013 A (43)申请公布日 2014.06.11 CN 103852013 A (21)申请号 201410088493.9 (22)申请日 2014.03.11 G01B 11/02(2006.01) (71)申请人 桂林聚联科技有限公司 地址 541004 广西壮族自治区桂林市七星区 六合路 98 号大院内 (72)发明人 姚飞 肖丹谊 蒋丽娟 李鹏 黄少鹏 (74)专利代理机构 桂林市华杰专利商标事务所 有限责任公司 45112 代理人 杨雪梅 (54) 发明名称 一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位 移传感器 (57) 摘要 本发明公开一种基。
2、于光纤光栅位移探测的滑 坡体深部位移传感器， 包括设在密封管内从上到 下依次连接的上连接杆、 上滑块、 上固定杆、 轴承、 下固定杆、 下滑块和下连接杆， 还包括由四个传感 基板和四个光纤光栅组成的四个传感单元， 四个 传感单元分别对四个方向的位移量进行测量， 四 个传感单元通过热熔接的方式首尾相连构成光纤 光栅串， 光纤光栅串的首尾两端分别连接通信光 缆和其它光纤光栅深部位移传感器。应用本发明 传感器， 通过测量光纤光栅中心波长的变化量， 计 算出传感基板发生的形变量， 计算出该传感单元 所在方向的深部位移量， 再结合四个不同方向的 位移的大小， 通过矢量合成， 计算出深部位移的方 向和大小。
3、。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103852013 A CN 103852013 A 1/1 页 2 1. 一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器， 其特征在于 ： 传感器包括上 连接杆 （1） 、 上滑块 （2） 、 上固定杆 （3） 、 轴承 （4） 、 下固定杆 （5） 、 下滑块 （6） 、 下连接杆 （7） 、 密封管 （8） 、 四块传感基板 （9） 和四个光纤光栅 （10） ； 上连接杆 （1） 和上固定。
4、杆 （3） 分别固定 在上滑块 （2） 的上、 下面 ； 下固定杆 （5） 和下连接杆 （7） 分别固定在下滑块 （6） 的上、 下面 ； 上固定杆 （3） 和下固定杆 （5） 通过轴承 （4） 连接 ； 上滑块 （2） 和下滑块 （6） 的横截面为正方 形， 分别固定在密封管 （8） 的上、 下端 ； 传感基板 （9） 的中部设有 V 型槽， 光纤光栅 （10） 固定 在 V 型槽中， 一个传感基板 （9） 和一个光纤光栅 （10） 组成一个传感单元， 四个传感基板 （9） 的一端分别与下滑块 （6） 的四个侧面固定， 四个传感单元通过热熔接的方式首尾相连构成 光纤光栅串， 光纤光栅串的首尾。
5、两端分别连接通信光缆和其它光纤光栅深部位移传感器。 权 利 要 求 书 CN 103852013 A 2 1/3 页 3 一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器 技术领域 0001 本发明属于光纤传感领域， 特别涉及一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位 移传感器。 背景技术 0002 山体滑坡是工程、 地质问题中常见的一种自然灾害， 为防患于未然， 加强山体滑坡 的预警和防范， 必须对滑坡进行监测， 实现滑坡危害的早期预报， 这对于减少灾害损失极为 重要。 0003 光纤光栅是在光纤通信、 光纤传感等光电子技术领域有着广泛应用前景的光纤器 件， 光纤光栅传感器以其特有的技术优势广泛应。
6、用于桥梁、 水利、 建筑等工程健康监测， 主 要测试表面形变、 内部形变、 温度等信息。 对于山体滑坡和地质灾害监测、 预测， 需要对滑坡 体深部位移监测， 目前深部位移监测主要采用微机电传感器 （MEMS） ， 通过测试传感器内部 摆锤的角度来反应待测点发生的位移， 在解调端通过采集传感器输出的电压大小得到偏转 角度， 进而计算发生的位移大小， 该方法采用电学传感， 现场需要供电， 且成本较高。 发明内容 0004 本发明针对现有技术的不足， 提供一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移 传感器， 将光纤光栅传感技术应用于深部位移传感， 替代常规的电学测试方法， 测试现场均 采用无源传感无需。
7、供电， 且安装便捷、 成本较低。 它能够测试土体一定深度内的位移分布情 况， 进而为滑坡等自然灾害提供预警参考。 0005 实现本发明目的的技术方案是 ： 一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器， 主要包括上连接杆、 上滑块、 上 固定杆、 轴承、 下连接杆、 下滑块、 下固定杆、 密封管、 四个传感基板和四个光纤光栅 ； 上连接 杆和上固定杆分别固定在上滑块的上、 下面 ； 下固定杆和下连接杆分别固定在下滑块的上、 下面 ； 上固定杆和下固定杆通过轴承连接 ； 上滑块和下滑块的横截面为正方形， 分别固定 在密封管的上、 下端 ； 传感基板的中部设有V型槽， 光纤光栅固定在V型槽中， 。
8、一个传感基板 和一个光纤光栅组成一个传感单元， 四个传感基板的一端分别与下滑块的四个侧面固定， 四个传感单元分别对四个方向的位移量进行测量， 四个传感单元通过热熔接的方式首尾相 连构成光纤光栅串， 光纤光栅串的首尾两端分别连接通信光缆和其它光纤光栅深部位移传 感器。 0006 所述上滑块和下滑块与密封管采用密封胶密封固定， 实现对传感器的密封隔离， 整个传感器可直接埋置于滑坡体测试现场的地下钻孔中。 0007 所述光纤光栅用光学胶固定在传感基板上 ； 传感基板的一端采用螺丝与下滑块的 一个侧面固定。 0008 本发明将成熟的光纤光栅传感与悬臂梁技术结合完成位移量的测试， 采用四个传 感单元分别。
9、实现对四个方向发生的位移方向及大小的测量， 通过密封管将传感器与外界隔 说 明 书 CN 103852013 A 3 2/3 页 4 离， 可以直接埋置在待测点。 0009 本发明的优点是 ： 光纤光栅为无源光传感， 无需现场供电 ； 光纤光栅传感为光信 号通信， 不会受到电磁干扰的影响 ； 光纤光栅为波长解调， 信号来自波长的变化， 功率大小 的波动不会对测试结果产生影响 ； 整个传感器采用四个传感单元， 不但可以测试滑坡的大 小， 还可以测试滑坡发生的方向 ； 采用光纤布拉格光栅传感器， 有效地降低了成本。 附图说明 0010 图 1 为本发明传感器的结构示意图 ； 图 2 为本发明传感器。
10、的俯视图 ； 图 3 为本发明传感器的仰视图 ； 图 4 为本发明传感器发生形变示意图 ； 图 5 为本发明光纤光栅与传感基板构成的传感单元的形变示意图。 0011 图中， 1. 上连接杆 2. 上滑块 3. 上固定杆 4. 轴承 5. 下固定杆 6. 下滑块 7. 下连接杆 8. 密封管 9. 传感基板 10. 光纤光栅。 具体实施方式 下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的说明， 但不是对本发明的限定。 实施例 0012 参照图 1、 2 和 3， 本发明一种基于光纤光栅位移探测的滑坡体深部位移传感器， 包 括上连接杆 1、 上滑块 2、 上固定杆 3、 轴承 4、 下固定杆 5、 下。
11、滑块 6、 下连接杆 7、 密封管 8、 传 感基板 9、 光纤光栅 10。 0013 上连接杆 1、 上滑块 2、 上固定杆 3 组成传感器的上半部分 ； 下固定杆 5、 下滑块 6、 下连接杆 7 组成传感器的下半部分 ； 上半部分与下半部分通过轴承 4 连接。 0014 上连接杆 1 固定在上滑块 2 的上面， 上固定杆 3 固定在上滑块 2 的下面 ； 下连接杆 7 固定在下滑块 5 的下面， 下固定杆 5 固定在下滑块 6 的上面 ； 上固定杆 3 和下固定杆 5 通 过轴承4连接 ； 上滑块2和下滑块6的横截面为正方形， 分别固定在密封管8的上、 下端 ； 传 感基板 9 的中部设。
12、有 V 型槽， 光纤光栅 10 固定在 V 型槽中， 一个传感基板 9 和一个光纤光 栅 10 组成一个传感单元， 四传感基板 9 的一端分别与下滑块 6 的四个侧面固定， 四个传感 单元分别对四个方向的位移量进行测量， 四个传感单元通过热熔接的方式首尾相连构成光 纤光栅串， 光纤光栅串的首尾两端分别连接通信光缆和其它光纤光栅深部位移传感器。 0015 参照图 4 和 5， 本发明滑坡体深部位移传感器埋置于待测滑坡体的钻孔中， 当滑 坡体内部发生滑动时， 传感器的上半部分与传感器的下半部分发生相对位移， 由于上半部 分与下半部分通过轴承 4 相连， 该相对位移将被转为二者的相对角度， 该相对角。
13、度传递到 滑坡体深部位移传感器的内部， 固定在下滑块6上的传感基板9的顶部会受到来自上滑块2 的压力， 传感基板 9 发生弯曲， 导致光纤光栅 10 发生轴向形变， 进而改变光纤光栅 10 的反 射中心波长， 测量光纤光栅 10 反射波长的变化从而探测出位移的大小。四个不同方向的传 感单元探测出位移的大小， 通过矢量合成， 计算出深部位移的方向和大小。 0016 本发明由光纤光栅 10 与传感基板 9 组成的传感单元， 传感器共包含四个传感单 元， 分别固定在下滑块 6 的四个侧面， 传感基板 9 的中部加工有 V 型槽， 使用光纤胶将光纤 说 明 书 CN 103852013 A 4 3/3。
14、 页 5 光栅 10 固定于 V 型槽的中部， 将传感基板 9 的一端固定在下滑块 6 时， 传感基板 9 可以看 作一个悬臂梁结构， 当测试点发生深部位移时， 传感基板 9 会发生形变， 进而带动光纤光栅 10 发生形变， 传感基板 9 与光纤光栅 10 中心波长变化满足以下公式 ： 在知道悬臂梁自由端形变大小的情况下， 可以不用知道材料的特性， 光纤光栅 10 中心 波长变化只与传感基板9的长度L， 光纤光栅10的固定位置x， 传感基板9的厚度d， 光纤光 栅 10 的初始波长 ， 形变大小 h 几个参量相关。 0017 通过测量光纤光栅 10 中心波长的变化量， 计算出传感基板 9 发生。
15、的形变量， 计算 出该传感单元所在方向的深部位移量， 再结合四个不同方向的位移的大小， 通过矢量合成， 计算出深部位移的方向和大小。 0018 通过改变基板 9、 上连接杆 1 和下连接杆 7 的尺寸， 可以使山体滑坡深部位移传感 器的测试量程达到 50mm。 说 明 书 CN 103852013 A 5 1/4 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103852013 A 6 2/4 页 7 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103852013 A 7 3/4 页 8 图 4 说 明 书 附 图 CN 103852013 A 8 4/4 页 9 图 5 说 明 书 附 图 CN 103852013 A 9 。