阅读说明：本技术 一种光纤光栅孔隙水压力传感器 (Fiber grating pore water pressure sensor ) 是由 左文荣 陆钊 尚新乐 邱亚军 周文龙 翁振 张良 游红玲 章萍 郑创峰 黄飞飞 于 2019-10-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种光纤光栅孔隙水压力传感器,包括传感器保护壳、与外部土体紧密接触的透水石过滤装置和光纤光栅传感器测量装置,所述透水石过滤装置和光纤光栅传感器测量装置分别设置在所述传感器保护壳之内,所述光纤光栅传感器测量装置包括应变光纤光栅传感器元件和弹性膜,所述应变光纤光栅传感器元件嵌固在所述弹性膜之内,所述透水石过滤装置设置在所述弹性膜的上部,所述透水石过滤装置、弹性膜之间设有液压腔,所述液压腔中充满了传压水。本发明的有益效果是：可以高效,快速地测量到孔隙水压力真实值。(The invention provides a fiber bragg grating pore water pressure sensor which comprises a sensor protective shell, a permeable stone filtering device and a fiber bragg grating sensor measuring device, wherein the permeable stone filtering device and the fiber bragg grating sensor measuring device are in close contact with an external soil body and are respectively arranged in the sensor protective shell, the fiber bragg grating sensor measuring device comprises a strain fiber bragg grating sensor element and an elastic membrane, the strain fiber bragg grating sensor element is embedded and fixed in the elastic membrane, the permeable stone filtering device is arranged on the upper portion of the elastic membrane, a hydraulic cavity is arranged between the permeable stone filtering device and the elastic membrane, and pressure transfer water is filled in the hydraulic cavity. The invention has the beneficial effects that: the real value of the pore water pressure can be measured efficiently and quickly.)

一种光纤光栅孔隙水压力传感器

技术领域

本发明涉及传感器，尤其涉及一种光纤光栅孔隙水压力传感器。

背景技术

近年来，光纤光栅传感器的研究与应用引起了广泛的关注，相比较传统的传感测量技术，光纤光栅传感技术具有很多明显的优点。比如光纤光栅具有结构形式灵活，耐高温，耐腐蚀，抗电磁干扰能力强，体积小，质量轻等特点，并被广泛应用于压力，变形，位移，流量，体积，流速等多种物理量测量。

目前，光纤光栅孔隙水压力传感器的设计与加工方法相对较为落后，孔隙水压力的测量精度，响应时间，测量误差等，都不能满足水利与土木工程监测的要求。由于裸光纤光栅传感单元非常纤细，而且其应力与温度灵敏度的系数都极小，不能直接用于水压，温度，压力等实际物理量的测量，所以需要根据测量环境以及所测物理量将光纤光栅传感单元进行设计和封装，加工成可以满足测量要求的光纤光栅孔隙水压力传感器。同时，现有的光纤光栅孔隙水压力传感器已有初步的研究成果，但是现有的测量水压的光纤光栅传感器的测试效果都有待提高，在测量水压力准确性，精度，滞后时间等方面均不理想。因此，有必要研发一种对光纤光栅孔隙水压力传感器，可以高效，快速地测量到孔隙水压力真实值。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种光纤光栅孔隙水压力传感器。

本发明提供了一种光纤光栅孔隙水压力传感器，包括传感器保护壳、与外部土体紧密接触的透水石过滤装置和光纤光栅传感器测量装置，所述透水石过滤装置和光纤光栅传感器测量装置分别设置在所述传感器保护壳之内，所述光纤光栅传感器测量装置包括应变光纤光栅传感器元件和弹性膜，所述应变光纤光栅传感器元件嵌固在所述弹性膜之内，所述透水石过滤装置设置在所述弹性膜的上部，所述透水石过滤装置、弹性膜之间设有液压腔，所述液压腔中充满了传压水，土样中的水通过透水石过滤装置将土样中的水压力传递到液压腔中的传压水，并进一步的传递到液压腔下部的弹性膜表面，当所述弹性膜上压力发生变化，弹性膜产生变形，其内部的应变光纤光栅传感器元件随弹性膜发生变形并产生应变，通过对所述应变光纤光栅传感器元件的应变测量得到弹性膜上的压力，即为所述液压腔中的孔隙水压力。

作为本发明的进一步改进，所述弹性膜的下方设有空腔，当所述液压腔中的传压水压力增加时，所述弹性膜上压力增加，弹性膜下方的空腔产生对应变形，通过应变光纤光栅传感器元件的测量可得到孔隙水压力的增加值。

作为本发明的进一步改进，所述透水石过滤装置、液压腔、弹性膜、空腔均为圆形并且直径相同。

作为本发明的进一步改进，所述应变光纤光栅传感器元件位于所述弹性膜的圆心。

作为本发明的进一步改进，所述透水石过滤装置包括透水石，所述透水石为将所测土样中的土颗粒与土颗粒中的水分离开的多孔隙介质。

本发明的有益效果是：通过上述方案，可以高效，快速地测量到孔隙水压力真实值。

附图说明

图1是本发明一种光纤光栅孔隙水压力传感器的主视方向的示意图。

图2是本发明一种光纤光栅孔隙水压力传感器的俯视方向的示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1至图2所示，一种光纤光栅孔隙水压力传感器，包括传感器保护壳108、与外部土体紧密接触的透水石过滤装置101和光纤光栅传感器测量装置，所述透水石过滤装置101和光纤光栅传感器测量装置分别设置在所述传感器保护壳108之内，所述光纤光栅传感器测量装置包括应变光纤光栅传感器元件105和弹性膜104，所述应变光纤光栅传感器元件105嵌固在所述弹性膜104之内，所述透水石过滤装置101设置在所述弹性膜104的上部，所述透水石过滤装置101、弹性膜104之间设有液压腔102，所述液压腔102中充满了传压水103，土样中的水通过透水石过滤装置101将土样中的水压力传递到液压腔102中的传压水103，并进一步的传递到液压腔102下部的弹性膜104表面，当所述弹性膜104上压力发生变化，弹性膜104产生变形，其内部的应变光纤光栅传感器元件105随弹性膜104发生变形并产生应变，通过对所述应变光纤光栅传感器元件105的应变测量得到弹性膜104上的压力，即为所述液压腔102中的孔隙水压力。

如图1至图2所示，所述弹性膜104的下方设有空腔107，当所述液压腔102中的传压水103压力增加时，所述弹性膜104上压力增加，弹性膜104下方的空腔107产生对应变形，通过应变光纤光栅传感器元件105的测量可得到孔隙水压力的增加值。

如图1至图2所示，所述透水石过滤装置101、液压腔102、弹性膜104、空腔107均为圆形并且直径相同。

如图1至图2所示，所述应变光纤光栅传感器元件105位于所述弹性膜104的圆心。

如图1至图2所示，所述透水石过滤装置101包括透水石，所述透水石为将所测土样中的土颗粒与土颗粒中的水分离开的多孔隙介质。

如图1至图2所示，传感器保护壳108的底部连接有传感器下部底座109，传感器保护壳108、传感器下部底座109围合形成圆形凹槽，透水石过滤装置101、液压腔102、弹性膜104、空腔107从上至下层叠在圆形凹槽之内，应变光纤光栅传感器元件105通过传感器信号光纤106与界连接，通过套管110和光纤保护套111来保护传感器信号光纤106。

本发明提供的一种光纤光栅孔隙水压力传感器，所述透水石为多孔隙介质可以将所测土样中的土颗粒与土颗粒中的水分离开，土颗粒被挡在所述透水石外面，土样中的水通过透水石将土样中的水压力传递到液压腔102中的液体中，并进一步的传递到液压腔102下部的弹性膜104表面。所述弹性膜104内嵌固了应变光纤光栅传感器元件105，当所述弹性膜104上压力发生变化，弹性膜104产生变形，其内部的应变光纤光栅传感器元件105随弹性膜104发生变形并产生应变，通过对所述应变光纤光栅传感器元件105的应变测量可以得到弹性膜104上的压力，即为所述液压腔102中的孔隙水压力。所述弹性膜104下方为空腔107，因此当所述液压腔102中的传压水压力增加时，所述弹性膜104上压力增加，弹性膜104向下方的空腔107产生对应变形，通过应变光纤光栅传感器元件105的测量可得到孔隙水压力的增加值。

本发明提供的一种光纤光栅孔隙水压力传感器，通过透水石过滤装置101和光纤光栅传感器测量装置，可以实现土样中的孔隙水压力测量功能；透水石为多孔隙介质可以将所测土样中的土颗粒与土颗粒中的水分离开，土样中的水通过透水石将土样中的水压力传递到液压腔102中的液体中，并进一步的传递到液压腔102下部的弹性膜104表面，通过对所述应变光纤光栅传感器元件105的应变测量可以得到弹性膜104上的压力，可以高效，快速地测量到孔隙水压力真实值。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。