光纤光栅静力水准仪设计

第３９卷第５期２０１８年５月自㊀动㊀化㊀仪㊀表ＰＲＯＣＥＳＳＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＡＴＩＯＮＶｏｌ ３９Ｎｏ ５Ｍａｙ．２０１８收稿日期：２０１７⁃１２⁃１２作者简介：陈鹏（１９９３ ），男，在读硕士研究生，主要从事光纤传感方向的研究，Ｅ⁃ｍａｉｌ：１１６１７４１６３７＠ｑｑ．ｃｏｍ；戴玉堂（通信作者），男，博士研究生，教授，主要从事光纤传感和激光加工方向的研究，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｄａｉｙｔ６８＠１６３．ｃｏｍ光纤光栅静力水准仪设计陈㊀鹏，戴玉堂，张东生，张秋波（武汉理工大学光纤中心，湖北武汉４３００７０）摘㊀要：为了监测岩土的沉降，设计了一种新型光纤光栅静力水准仪装置，用于实时监测岩土地层的变化㊂根据岩土地层运动情况和已有的静力水准仪结构设计，基于连通器原理，考虑静力水准仪结构㊁光纤光栅粘贴位置和粘贴方向等因素，推导了静力水准仪在岩土地层工作时的监测原理㊂搭建了模拟地层沉降的试验装置，验证静力水准仪装置的可行性，实现了对模拟岩土沉降情况的实时监测㊂通过试验可知，光纤光栅静力水准仪反应迅速，灵敏度为２０．８７７２ｐｍ／ｍｍ，重复性好㊂独特的光纤光栅粘贴位置和粘贴方向使得整个传感器具有温度自补偿功能，排除了昼夜温差对传感器准确度的影响，扩大了该静力水准仪的使用范围㊂该静力水准仪可以实现对岩土地层的方便㊁快捷㊁全天候㊁低成本监测，具有广阔的应用前景㊂关键词：岩土沉降；温度补偿；静力水准仪；光纤光栅；灵敏度中图分类号：ＴＨ７；ＴＰ２７３㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀ＤＯＩ：１０．１６０８６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１０００⁃０３８０．２０１７１２００４６㊀ＤｅｓｉｇｎｏｆａＳｔａｔｉｃＬｅｖｅｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＢａｓｅｄｏｎＦｉｂｅｒＧｒａｔｉｎｇＣＨＥＮＰｅｎｇ，ＤＡＩＹｕｔａｎｇ，ＺＨＡＮＧＤｏｎｇｓｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＱｉｕｂｏ（ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＳｅｎｓｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｏｎｉｔｏｒｔｈｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｏｆｒｏｃｋａｎｄｓｏｉｌ，ａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｓｔａｔｉｃｌｅｖｅｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｈｅｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｈａｎｇｅｓｉｎｒｅａｌ⁃ｔｉｍｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｏｃｋｓｔｒａｔｕｍｍｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｓｔａｔｉｃｌｅｖｅｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｌａｗｏｆｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｅｄｖｅｓｓｅｌｓ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｓｔａｔｉｃｌｅｖｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇｐａｓｔｅｄａｎｄｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｐａｓｔｉｎｇ．Ｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｓｔａｔｉｃｌｅｖｅｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｉｎｔｈｅｒｏｃｋｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｄｅｄｕｃｅｄ．Ａｔｅｓｔｄｅｖｉｃｅｆｏｒｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｇｒｏｕｎｄｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｉｓｓｅｔｕｐｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｔａｔｉｃｌｅｖｅｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ａｎｄａｃｈｉｅｖｅｒｅａｌ⁃ｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｏｃｋｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｔｅｓｔｓ，ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇｓｔａｔｉｃｌｅｖｅｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｒｅｓｐｏｎｄｓｒａｐｉｄｌｙ，ｗｉｔｈａｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆ２０．８７７２ｐｍ／ｍｍａｎｄｇｏｏｄｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｕｎｉｑｕｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇｐａｓｔｅｅｎａｂｌｅｔｈｅｅｎｔｉｒｅｓｅｎｓｏｒｔｏｈａｖｅａｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｌｆ⁃ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｅｌｉｍｉｎａｔｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｄａｙａｎｄｎｉｇｈｔｏｎｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒａｎｄｅｘｐａｎｄｓｔｈｅｓｃｏｐｅｏｆｕｓｅｏｆｔｈｅｓｔａｔｉｃｌｅｖｅｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ．Ｔｈｉｓｓｔａｔｉｃｌｅｖｅｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｃａｎａｃｈｉｅｖｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ，ｒａｐｉｄ，ｗｅａｔｈｅｒ⁃ｐｒｏｏｆ，ｌｏｗ⁃ｃｏｓｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｔｈｅｒｏｃｋｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｎｄｈａｓｂｒｏａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；Ｓｔａｔｉｃｌｅｖｅｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；Ｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇ；Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ０㊀引言针对岩土体竖向变形监测的传统方法主要包括静力水准仪监测法㊁沉降桩监测法㊁沉降板监测法㊁不动杆法等［１⁃４］㊂这些测量方法简单㊁测量精度低㊁数据采集不便，且易受周围干扰因素的影响，因此基于光纤光栅的监测方法应用而生㊂光纤光栅传感器具有抗干扰能力强㊁耐腐蚀㊁体积小［４⁃８］等优点㊂２０１０年，曹春耕设计了一种光纤光栅类静力水准仪㊂该静力水准仪生产加工难度较大，且易造成光栅折断㊂２０１２年，李涛等人设计了另一种光纤光栅静力水准仪㊂其初始状态就处于拉伸受力状态，因此一段时间后，容易造成光栅载体发生塑性变形，需要重新标定，给实际工作带来不便㊂２０１５年，张晶等人设计了一种基于光纤光栅传感器的多通路静力水准装置㊂但该种结构的弊端是精度降低，因为定滑轮本身的摩擦会给浮力的正常测量带来误差，同时定滑轮的润滑也给传感器的维护带来困难㊂本文设计了一种全新的光纤光栅静力水准仪，并且进行了理论推导和试验验证㊂自㊀动㊀化㊀仪㊀表第３９卷１　监测原理一个完整的静力水准系统包括若干静力水准仪㊁储液罐㊁数据采集记录仪以及计算机等㊂所有静力水准仪与储液罐之间通过通液管相连而形成连通器㊂根据连通器原理，储液罐中的液体通过通液管进入每一个静力水准仪，并保证所有静力水准仪内液面与储液罐内液面在同一水平面㊂静力水准系统示意图如图１所示㊂图１㊀系统示意图Ｆｉｇ．１㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｙｓｔｅｍ在使用过程中，每一个静力水准仪固定于岩土体的某个位置而成为一个沉降测点㊂在储液罐内液面不发生变化的情况下，当某个测点所在岩土基体发生沉降时，固定于该测点的静力水准仪也会发生竖直方向移动㊂根据连通器原理，该静力水准仪内液面相对于储液罐内液面并未发生变化，变化的是该静力水准仪内的液体深度，即液面与该静力水准仪内底面之间的相对距离，且液体深度的变化量与测点在竖直方向的沉降量大小相等㊂因此，通过检测相应测点的静力水准仪内液体深度的变化，即可得知该测点的沉降变化量㊂静力水准仪测量原理图如图２所示㊂图２㊀测量原理图Ｆｉｇ．２㊀Ｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ假设某静力水准系统中共有ｎ个静力水准仪，各静力水准仪用连通管与储液罐连通，且储液罐体积足够大，其液面高度基本不发生变化㊂以第ｉ个静力水准仪为测量基准点，第ｊ个静力水准仪为待测观测点㊂安装完成后，初始状态时各静力水准仪的安装高度分别为：Ｙ０１㊁Ｙ０ｉ㊁Ｙ０ｊ㊁Ｙ０ｎ㊂各静力水准仪内的液面高度分别为：Ｈ０１㊁Ｈ０ｉ㊁Ｈ０ｊ㊁Ｈ０ｎ㊂根据连通器原理，各个静力水准仪内液面相对于水平面的高度为：Ｙ０１＋Ｈ０１＝Ｙ０ｉ＋Ｈ０ｉ＝Ｙ０ｊ＋Ｈ０ｊ＝Ｙ０ｎ＋Ｈ０ｎ（１）当基体发生第ｋ次不均匀沉降后，各测点由于沉降而引起的安装高度变化量分别为：ΔＹＫ１㊁ΔＹＫｉ㊁ΔＹＫｊ㊁ΔＹＫｎ㊂此时，各静力水准仪内的液面高度分别为：ＨＫ１㊁ＨＫｉ㊁ＨＫｊ㊁ＨＫｎ㊂Ｙ０１＋ΔＹＫ１＋ＨＫ１＝Ｙ０ｉ＋ΔＹＫｉ＋ＨＫｉ＝Ｙ０ｊ＋ΔＹＫｊ＋ＨＫ１ｊ＝Ｙ０ｎ＋ΔＹＫｎ＋ＨＫｊ（２）由式（２）可得，第ｊ个观测点相对于基准点ｉ的相对沉降量为：ΔＹｊｉ＝ΔＹＫｊ－ΔＹＫｉ＝（Ｙ０ｉ＋ＨＫｉ）－（Ｙ０ｊ＋ＨＫｊ＝（Ｙ０ｉ－Ｙ０ｊ）＋（ＨＫｉ－ＨＫｊ）（３）由式（１）可知：㊀㊀㊀㊀㊀Ｙ０ｉ－Ｙ０ｊ＝Ｈ０ｊ－Ｈ０ｉ（４）将式（４）代入式（３），可得出第ｊ个观测点相对于基点ｉ的相对沉降量为：ΔＹｊｉ＝（Ｈ０ｊ－Ｈ０ｉ）－（ＨＫｊ－ＨＫｉ）（５）若式（５）结果为正，表示观测点相对于基准点上升；结果为负，则表示观测点相对于基准点下降㊂由式（５）可知，只要能够测出基准点和待测点前后不同时间的液面高度值，即可得到任一待测点相对于基准点的沉降值㊂使用过程中，将第ｉ个静力水准仪作为参考对象，它所在位置通常认为是固定不变的，即不会发生竖直方向上的沉降，所以可以认为Ｈ０ｉ＝ＨＫｉ㊂故式（５）可以简化为：ΔＹｊｉ＝Ｈ０ｊ－ＨＫｊ（６）而在实际安装过程中，在条件允许的情况下，可以人为调整各个静力水准仪的安装高度，使得各静力水准仪的初始安装高度相同㊂此时各静力水准仪内的液面在同一水平面上，并以此高度为初始零点，这样待测点的初始高度Ｈ０ｊ＝０㊂于是式（６）又可进一步简化为：ΔＹｊｉ＝－ＨＫｊ（７）通过调整设置，简化了静力水准仪测量理论㊂由式（７）可知，只需测出任一静力水准仪在任一时刻的㊃０７㊃第５期㊀光纤光栅静力水准仪设计㊀陈㊀鹏，等内部液面高度值，取其相反数即为该测点的实际沉降量㊂通过分析可以发现，沉降量与内部液面高度为相反数㊂当发现静力水准仪内液面上升时，其所在测点实际在下降；而当发现静力水准仪内液面下降时，其所在测点实际在上升㊂这种现象与连通器原理相符㊂若想通过静力水准仪检测地基沉降大小，则必须测得其内部液体的深度，所以对于液体深度的测量才是静力水准仪设计的关键㊂２㊀光纤光栅静力水准仪结构设计光纤光栅静力水准仪示意图如图３所示㊂传感器整体由上腔和下腔组成㊂上腔包含对称布置的两个等强度梁㊁出纤管以及粘贴于等强度梁表面的光纤光栅，下腔包括隔板㊁顶杆㊁浮筒㊁卡环㊁通气三通阀㊁通液三通阀㊁二通阀以及液位指示管㊂顶杆与浮筒相连接并贯穿上下腔㊂三通阀与上一个光纤光栅静力水准仪和下一个光纤光栅静力水准仪相连接㊂其中，通气三通阀保证下腔气压值相同而不影响精度，通液三通阀保证所有静力水准仪与储液罐内液面在同一水平面，透明的液位指示管可以指示液位，便于观察㊂图３㊀静力水准仪示意图Ｆｉｇ．３㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｓｔａｔｉｃｌｅｖｅｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ在工作过程中，液体通过连通管和通液三通阀，从储液罐进入光纤光栅静力水准仪下腔内㊂随着下腔内液体增多，液位慢慢升高，浮筒浸入体积慢慢增大，其所受浮力也逐渐增大㊂当所受浮力大于浮筒自身重力时，浮力与重力合力向上并作用于两个等强度梁；等强度梁在向上的力作用下产生形变，从而产生应变变化，粘贴于其表面的光纤光栅所受应变也发生变化㊂根据光纤传感原理，波长发生漂移㊂通过收集波长变化数据，即可得到相应液位变化量㊂３㊀光纤光栅静力水准仪试验为验证传感器实际测试效果，按照设计方案加工制作了量程为１５０ｍｍ的光纤光栅静力水准仪试验品㊂下面主要进行沉降测量试验和温度补偿试验㊂３．１㊀沉降测量试验静力水准系统平台主要由储液罐㊁光纤光栅静力水准仪㊁升降台㊁解调仪以及计算机等组成㊂储液罐固定不动，供水管向其内不停地注水，水溢出后流入水槽里，储液罐中的液面始终保持不变，可以用来作为基准水平面㊂储液罐与光纤光栅静力水准仪通过水管相连，并构成了连通器㊂光纤光栅静力水准仪固定于升降台上，相当于一个待测点；通过旋动升降台旋钮，可以调节待测点在竖直方向上的位置高度㊂注水之前，调节升降台使静力水准仪下底面稍低于液面基准面，并开始保存数据，记录下此时的光栅波长数据，并作为沉降量为０ｍｍ时的初始值㊂开始供水，待水从储液罐中溢出后开始调节沉降台，使光纤光栅静力水准仪向下移动㊂每次移动５０ｍｍ，每个点保持一段时间，待波长数据稳定后继续向下移动静力水准仪，直至移动到１５０ｍｍ处㊂调节升降台，使光纤光栅静力水准仪上升，依次移动到１００ｍｍ㊁５０ｍｍ㊁０ｍｍ处㊂这样就完成了一次测点下降与上升的测量㊂测点下降过程中，静力水准仪内液面上升，测点上升过程中静力水准仪内液面下降㊂波长变化量曲线如图４所示㊂图４㊀波长变化量曲线Ｆｉｇ．４㊀Ｔｈｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｖａｒｉａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓ㊃１７㊃自㊀动㊀化㊀仪㊀表第３９卷实时保存试验过程波长数据，记录每一个位置点对应的稳定波长数据，取初始位置０ｍｍ处为波长变化零点，计算出每一个位置点对应的波长变化量㊂由于一号光栅波长变大㊁二号光栅波长变小，故一号光栅的波长变化量为正㊁二号光栅波长变化量为负㊂在波长随时间变化曲线中，曲线上的每一个台阶对应一个升降位置点㊂该位置点的波长数据保持不变，这样就可以得出两次试验过程的任一个位置点所对应的波长数据㊂由图４可以看出，单个光栅在曲线阶点处波长非常稳定，说明传感器本身测量性能很稳定；单个光栅在一次上升和下降中相同位置点所对应波长变化量非常相近，在不同次试验中相同位置点所对应波长变化量也非常相近，说明传感器测量的重复性非常好㊂在一次下降或上升过程中，一号光栅与二号光栅的波长变化量之差即为传感器的最终输出数值㊂光栅波长变化量曲线如图５所示㊂由图５可知，传感器输出值在每一个位置点都非常稳定，上升和下降过程重复性非常好，两次试验重复性也非常好㊂图５㊀光栅波长变化量曲线Ｆｉｇ．５㊀Ｔｈｅｇｒａｔｉｎｇｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｖａｒｉａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓ当沉降量为０ｍｍ㊁５０ｍｍ㊁１００ｍｍ㊁１５０ｍｍ时，沉降试验数据如表１所示㊂表１㊀沉降试验数据Ｔａｂ．１㊀Ｄａｔａｏｆｔｈｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ试验序号测点下降波长变化（液面上升）／ｐｍ一号光栅二号光栅差值测点上升（液面下降）波长变化／ｐｍ一号光栅二号光栅差值第一次试验００００００５１５．４－５２０．２１０３５．６５１３－５２７．７１０４０．７１０４２．８－１０３３．４２０７６．２１０７１．３－１１０２２１７３．３１５９２．９－１５５１．６３１４４．５１５３８．６－１５７８．３３１１６．９第二次试验００００００５２０．２－５１３１０３３．２５１０．９－５１９１０２９．９１０５７．８－１０２９．８２０８７．６１０４３．２－１０６０．６２１０３．８１６０１．４－１５２３．４３１２４．８１５３６．６－１５６１．５３０９８．１㊀㊀试验拟合曲线如图６所示㊂图６㊀拟合曲线Ｆｉｇ．６㊀Ｔｈｅｆｉｔｔｉｎｇｃｕｒｖｅ两次试验中，测点上升和下降各两次，每一次上升或下降过程中的一个位置点就对应一个波长变化量㊂以波长变化量之差为纵坐标值，以位置高度为横坐标值，可以得到四组坐标值；每一组坐标值都有四个坐标点㊂上述拟合过程得到的四条拟合直线的方程如下㊂第一次测点下降Ｙ１＝－７．０４＋２０．９４８２Ｘ１㊁拟合度Ｒ＝０．９９９９２；第一次测点上升Ｙ２＝１０．２３＋２０．９６６６Ｘ２㊁拟合度Ｒ＝０．９９９８２；第二次测点下降Ｙ３＝－２．９２＋２０．８５７６Ｘ３㊁拟合度Ｒ＝０．９９９９８；第二次测点上升Ｙ４＝２．７２＋２０．７３６４Ｘ４㊁拟合度Ｒ＝０．９９９７０㊂由拟合结果可知，四条拟合直线几乎完全重合，直线斜率非常接近，说明了该光纤光栅静力水准仪的重复性非常好，其灵敏度平均值为２０．８７７２ｐｍ／ｍｍ㊂㊃２７㊃第５期㊀光纤光栅静力水准仪设计㊀陈㊀鹏，等两次沉降试验拟合结果如表２所示㊂表２㊀两次沉降试验拟合结果Ｔａｂ．２㊀Ｆｉｔｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｗｏｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ测试项目第一次试验测点下降（液面上升）测点上升（液面下降）第二次试验测点下降（液面上升）测点上升（液面下降）平均值灵敏度／（ｐｍ／ｍｍ）２０．９４８２２０．９６６６２０．８５７６２０．７３６４２０．８７７２拟合度０．９９９９０．９９９８０．９９９９０．９９９７０．９９９８３．２㊀温度补偿试验本光纤光栅静力水准仪采用差动式结构，具有温度自补偿功能，即外界温度变化可以影响单个光栅波长，但不会影响传感器总体沉降输出值，故需要对该温度补偿功能进行检验㊂试验装置与沉降测量试验装置相同㊂由于试验条件所限，试验装置无法放入温箱内，故选择在冬日室温条件下进行㊂验证方法为：根据沉降测量试验得到的试验结果，将相应传感器标定参量输入解调仪软件，从而得到沉降量输出值；然后将正在进行沉降监测的光纤光栅静力水准仪固定于某一位置且保持竖直方向位置不变㊂通过外部供水系统向储液罐内注水，待液面稳定后停止注水㊂此时开始保存数据，连续保存数据超过１７ｈ㊂两光栅波长变化曲线如图７所示㊂整个试验过程中，一号光栅波长最大变化量为１０５ｐｍ，二号光栅波长最大变化量也为１０５ｐｍ㊂从单个光栅的波长变化可以看出环境温度变化对光栅本身的影响较大，故若仅利用一个光栅测量液位的变化会产生很大的误差㊂图７㊀两光栅波长变化曲线Ｆｉｇ．７㊀Ｔｗｏｇｒａｔｉｎｇｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｃｕｒｖｅｓ根据前述的温度补偿理论，将两光栅的波长变化量之差作为综合输出结果，把沉降试验得到的灵敏度等结果作为标定数据输入解调软件，可以得到经温度补偿后的沉降量输出值㊂沉降量曲线如图８所示㊂图８㊀沉降量曲线Ｆｉｇ．８㊀Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅ由图８可知，整个测量过程中传感器输出沉降值变化范围为４０．９３ ４１．３６ｍｍ，沉降变化量只有０．４３ｍｍ㊂４㊀结束语本文提出和设计了一种新型的的光纤光栅静力水准仪结构，并推导了工作原理㊂通过试验，模拟了在岩土地层沉降时该静力水准仪的工作状态，验证了静力水准仪的实用性和有效性㊂此外，该结构的温度自补偿功能大大保证了静力水准仪的监测精度㊂该水准仪具有较高的使用价值和广阔的应用前景㊂参考文献：［１］杨学存，侯媛彬．超声波静力水准仪的研制［Ｊ］．工矿自动化，２００５（４）：２５⁃２７．［２］叶国良．地基基础沉降观测方法综述［Ｊ］．中国港湾建设，２００３（３）：１８⁃２１．［３］陈光富，蔡德所，刘健夫，等．一种新型铁路路基沉降监测技术探讨［Ｊ］．铁道建筑，２０１１（６）：９０⁃９２．［４］ＳＴＲＯＺＺＩＴ，ＷＥＧＭＵＬＬＥＲＵ．ＬａｎｄｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＳＡＲｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ［Ｊ］．ＰｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇ，２００１，６７（１１）：１２６１⁃１２７０．［５］ＣＵＬＳＨＡＷＢ．Ｂｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｉｎｇｆｏｒｂｒｉｄｇｅｓａｎｄｏｔｈｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｓｐｉｅ，１９９４（５）：１６２⁃１６７．［６］陈琦．光纤光栅传感技术的原理与应用［Ｊ］．科技信息，２０１１（１９）：９０．［７］陈肖，张东生，吴梦绮，等．差动式光纤布拉格光栅渗压传感器的研究［Ｊ］．自动化仪表，２０１７，３８（７）：６１⁃６５．［８］ＦＥＲＲＡＲＯＰ，ＮＡＴＡＬＥＧＤ．ＯｎｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｕｓｅｏｆｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｓａｓｓｔｒａｉｎｓｅｎｓｏｒｓｆｏｒｇｅｏｄｙｎａｍｉｃａｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｃｓ＆ＬａｓｅｒｓｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００２，３７（２３）：１１５⁃１３０．㊃３７㊃。