一种光纤式岩石应力传感器的制作方法

本实用新型属于传感技术领域，特别是涉及一种光纤式岩石应力传感器。

背景技术：

岩土介质中土压力测量是土力学理论和岩土工程试验研究的一个重要内容，大量岩土工程理论和实际问题的解决，往往主要依靠现场原型或模型试验直接的测量结果，特别是近年来许多研究课题涉及到爆炸冲击荷载作用下岩石中或埋入岩石中的结构表面上的动态压力测试。岩土介质中的压力测量与一般的液体、空气等流体介质中的压力测量大不相同，岩土介质中的压力测量时，传感器埋入介质中，由于传感器与周围介质的物理和力学性质不相同，势必改变介质原来的应力场，引起应力集中和重分布现象，使得传感器测得的实际压力与该处原来的真实压力不相同，由此产生的误差通常称“匹配误差”。国内外现有研究表明，传感器的高径比h/d（传感器的厚度h与传感器的直径d之比）与模量比eg/es（传感器的等效弹模eg与岩土介质的弹性模量es比值）是影响匹配误差的两个核心因素。当eg/es=1时，匹配误差为0，土压力传感器与测试介质完全匹配，测试值等于真实应力，这是最理想的情况，但由于土的种类繁多且即便是一种土在加载的过程中模量也会发生变化，因此，想保持土压力传感器与测试介质模量完全匹配基本是不可能的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种光纤式岩石应力传感器，具有匹配误差小、测试精度高、结构坚固、环境适应性强等优点。

为实现上述使用新型的目的，本实用新型采取以下技术方案：

一种光纤式岩石应力传感器，包括铠装光缆、岩石柱体、裸光纤和光纤传感解调仪，裸光纤设置在岩石柱体的内部，铠装光缆设置在岩石柱体的进口端，铠装光缆的一端与裸光纤连接，另一端与光纤传感解调仪相连接；所述的岩石柱体为取自待测岩石区域的柱形岩体，在岩石柱体的端部中心处设置有轴向的盲孔；所述的裸光纤设置在盲孔内，并通过环氧树脂灌封固化；所述的裸光纤纤芯上还设置有光纤光栅。

所述的光纤光栅为在裸光纤上制作的光纤布拉格光栅（fbg）。

所述的岩石柱体的末端端面为感压面。

所述的光纤光栅平行于岩石柱体的轴向位置。

通过本实用新型的实施，达到了良好的使用效果：一种光纤式岩石应力传感器，通过采用待测岩石介质作为传感器壳体材料，可有效降低传感器与岩石的匹配误差，提高测试精度；采用光纤光栅作为核心敏感元件，使得传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、耐水的优良特性；岩石壳体、环氧树脂和铠装光缆的组合封装结构使得该光纤传感器非常结实坚固，大大提高了传感器安装的存活率和耐久性，不惧怕试验现场的粗放式施工。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1、铠装光缆，2、岩石柱体，3、环氧树脂，4、裸光纤，5、光纤光栅，6、光纤传感解调仪。

具体实施方式

结合附图对本实用新型加以说明。

如图1所示一种光纤式岩石应力传感器，包括铠装光缆1、岩石柱体2、裸光纤4和光纤传感解调仪6，裸光纤4设置在岩石柱体2的内部，铠装光缆1设置在岩石柱体2的进口端，铠装光缆1的一端与裸光纤4连接，另一端与光纤传感解调仪6相连接；所述的岩石柱体2为取自待测岩石区域的柱形岩体，在岩石柱体2的端部中心处设置有轴向的盲孔，岩石柱体2从待测区取材用以减小与岩石介质的匹配误差；所述的裸光纤4设置在盲孔内，并通过环氧树脂3灌封固化，环氧树脂3的设置可使光纤光栅5更好的附着于盲孔内部，同时进行保护封装；所述的裸光纤4纤芯上还设置有光纤光栅5。

所述的光纤光栅5为在裸光纤4上制作的光纤布拉格光栅（fbg），使得传感器不仅具有抗电磁干扰、耐腐蚀、耐水的优良特性，可在恶劣环境中使用。

所述的岩石柱体2的末端端面为感压面。

所述的光纤光栅5平行于岩石柱体2的轴向位置。

在测试时，在岩石中打孔将该应力传感器埋设于待测岩石中，当岩石柱体2受岩土介质中应力作用而压缩变形时，带动其内部的光纤光栅5发生形变，并通过铠装光缆1与配套的光纤传感解调仪6连接，解调输出布拉格光栅fbg的应变传感信号，通过预先标定的压力敏感系数，换算出岩石应力值。

本实用新型未详述部分为现有技术。

技术特征：

1.一种光纤式岩石应力传感器，包括铠装光缆（1）、岩石柱体（2）、裸光纤（4）和光纤传感解调仪（6），其特征是：裸光纤（4）设置在岩石柱体（2）的内部，铠装光缆（1）设置在岩石柱体（2）的进口端，铠装光缆（1）的一端与裸光纤（4）连接，另一端与光纤传感解调仪（6）相连接；所述的岩石柱体（2）为取自待测岩石区域的柱形岩体，在岩石柱体（2）的端部中心处设置有轴向的盲孔；所述的裸光纤（4）设置在盲孔内，并通过环氧树脂（3）灌封固化；所述的裸光纤（4）纤芯上还设置有光纤光栅（5）。

2.根据权利要求1所述的一种光纤式岩石应力传感器，其特征是：所述的光纤光栅（5）为在裸光纤（4）上制作的光纤布拉格光栅（fbg）。

3.根据权利要求1所述的一种光纤式岩石应力传感器，其特征是：所述的岩石柱体（2）的末端端面为感压面。

4.根据权利要求1所述的一种光纤式岩石应力传感器，其特征是：所述的光纤光栅（5）平行于岩石柱体（2）的轴向位置。

技术总结
本实用新型公开了一种光纤式岩石应力传感器，包括铠装光缆、岩石柱体、裸光纤和光纤传感解调仪，裸光纤设置在岩石柱体的内部，铠装光缆设置在岩石柱体的进口端，铠装光缆的一端与裸光纤连接，另一端与光纤传感解调仪相连接；所述的岩石柱体为取自待测岩石区域的柱形岩体，在岩石柱体的端部中心处设置有轴向的盲孔；所述的裸光纤设置在盲孔内，并通过环氧树脂灌封固化；所述的裸光纤纤芯上还设置有光纤光栅。本实用新型通过采用待测岩石介质作为传感器壳体材料，可有效降低传感器与岩石的匹配误差，提高测试精度；采用光纤光栅作为核心敏感元件，使得传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、耐水的优良特性。

技术研发人员：周会娟;余尚江;陈晋央;曹艳迪;张文敏
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院国防工程研究院工程防护研究所
技术研发日：2020.01.03
技术公布日：2020.07.14