專利名稱：使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚
(convergence)的裝置和方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種^f吏用測(cè)量 輕微變形的光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置以及使用該裝置的 測(cè)量方法，其中，當(dāng)包括橋梁或隧道的測(cè)量目標(biāo)傾斜或者振動(dòng)時(shí)，該 裝置能夠通過(guò)測(cè)量光纖布拉格光柵傳感器的變形，測(cè)量該測(cè)量目標(biāo)的 會(huì)聚(例如，傾斜或者重力加速度)。
背景技術(shù)：
通常，地鐵的隧道可能由于地面上傳播的震動(dòng)或者地鐵營(yíng)運(yùn)時(shí)產(chǎn) 生的振動(dòng)和噪聲造成變形。因此，隧道需要定期的會(huì)聚測(cè)量。
在隧道中，會(huì)聚測(cè)量被用于測(cè)量隧道內(nèi)部橫截面的特征，以確定 隧道是否穩(wěn)定，而且會(huì)聚測(cè)量主要包括隧道的傾斜測(cè)量或由噪聲和振 動(dòng)造成的重力加速度的測(cè)量。
傳統(tǒng)地，使用電阻計(jì)測(cè)量隧道會(huì)聚。然而，該測(cè)量法具有低精確 度，而且尤其當(dāng)?shù)罔F營(yíng)運(yùn)時(shí)，由于電磁波的干擾難以提供可靠的測(cè)量 值。因而該測(cè)量法不能實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)，只有在地鐵營(yíng)運(yùn)完成之后才能執(zhí) 行。
然而，考慮到隧道會(huì)聚顯著地受營(yíng)運(yùn)速度和地鐵負(fù)載的物理干擾， 地鐵營(yíng)運(yùn)時(shí)測(cè)量不能執(zhí)行的事實(shí)被認(rèn)為是 一 個(gè)重大的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明用于解決發(fā)生在現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，而且本發(fā)明的目 標(biāo)是提供一種使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置，該裝置被 安裝在例如地鐵隧道的測(cè)量目標(biāo)上，并且不受電磁波的干擾，從而不用考慮地鐵的營(yíng)運(yùn)，在任何時(shí)候都能執(zhí)行測(cè)量，因而可以進(jìn)行更精確 的測(cè)量。
技術(shù)方案
為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種使用光纖 布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置，其被安裝在測(cè)量目標(biāo)上，從而能
夠測(cè)量由所述測(cè)量目標(biāo)的變形造成的角位移值。所述裝置包括主體， 其被安裝在所述測(cè)量目標(biāo)上；固定裝置，其被固定地安裝在所述主體 的前部；轉(zhuǎn)子，其被水平地安裝為與所述固定裝置相隔預(yù)定距離，并 通過(guò)軸承被可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述主體內(nèi)；光纖，其被附著于所述固定 裝置和所述轉(zhuǎn)子的上部外表面以保持水平張緊狀態(tài)；光纖布拉格光柵 傳感器，其被安裝在位于所述固定裝置與所述轉(zhuǎn)子之間的所述光纖上； 以及擺錘，其通過(guò)具有預(yù)定長(zhǎng)度的支撐件被垂直地連接于所述轉(zhuǎn)子的 下部。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)方面，提供了 一種使用光纖布拉格光柵傳感 器測(cè)量會(huì)聚的裝置，其被安裝在測(cè)量目標(biāo)上，從而能夠測(cè)量由變形造 成的重力加速度的變化值。所述裝置包括主體，其被安裝在所述測(cè) 量目標(biāo)上；固定裝置，其被固定地安裝在所述主體的前部；轉(zhuǎn)子，其 被水平地安裝為與所述固定裝置相隔預(yù)定距離，并且通過(guò)軸承被可旋 轉(zhuǎn)地安裝在所述主體內(nèi)；上光纖和下光纖，其被附著于所述固定裝置 和所述轉(zhuǎn)子的上部外表面和下部外表面以保持水平張緊狀態(tài)；光纖布 拉格光柵傳感器，其被安裝在位于所述轉(zhuǎn)子的上部外表面與所述固定 裝置之間的所述上光纖上；以及擺錘，其通過(guò)具有預(yù)定距離的支撐件 被垂直地連接于所述轉(zhuǎn)子的下部。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了 一種使用會(huì)聚測(cè)量裝置的測(cè)量 方法，其中所述會(huì)聚測(cè)量裝置具有主體，其被安裝在測(cè)量目標(biāo)上； 固定裝置，其被固定地安裝在所述主體的前部；轉(zhuǎn)子，其被水平地安 裝為與所述固定裝置相隔預(yù)定距離并通過(guò)軸承被可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述 主體內(nèi)；光纖，其被附著于所述固定裝置和所述轉(zhuǎn)子的上部外表面以 保持水平張緊狀態(tài)，所述光纖在其相對(duì)端上具有光端機(jī)；光纖布拉格 光柵傳感器，其被安裝在位于所述固定裝置與所述轉(zhuǎn)子之間的所述光纖上；以及擺錘，其通過(guò)具有預(yù)定長(zhǎng)度的支撐件被垂直地連接于所述
轉(zhuǎn)子的下部。所述測(cè)量方法包括第一步，測(cè)量所述光纖布拉格光柵 傳感器的波長(zhǎng)位移量，以設(shè)置所述波長(zhǎng)位移量為參考值；第二步，將 所述主體安裝至所述測(cè)量目標(biāo)；第三步，通過(guò)與地面變化所造成的所 述測(cè)量目標(biāo)的傾斜共同運(yùn)轉(zhuǎn)的所述擺錘的旋轉(zhuǎn)，測(cè)量由所述光纖布拉 格光柵傳感器的膨脹和收縮導(dǎo)致的波長(zhǎng)位移值；以及第四步，將在所 述第三步中測(cè)量的所述波長(zhǎng)位移值代入等式中以獲得角位移。
根據(jù)本發(fā)明的又 一 個(gè)方面，提供了 一種使用會(huì)聚測(cè)量裝置的測(cè)量 方法，其中所述會(huì)聚測(cè)量裝置具有主體，其被安裝在測(cè)量目標(biāo)上； 固定裝置，其被固定地安裝在所述主體的前部；轉(zhuǎn)子，其被水平地安 裝為與所述固定裝置相隔預(yù)定距離并通過(guò)軸承被可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述 主體內(nèi)；上光纖和下光纖，其被附著于所述固定裝置和所述轉(zhuǎn)子的上 部外表面和下部外表面以維持水平張緊狀態(tài)，每個(gè)光纖具有被安裝在 其一端的光端機(jī)；光纖布拉格光柵傳感器，其被安裝在位于所述轉(zhuǎn)子 的上部外表面與所述固定裝置之間的所述上光纖上；以及擺錘，其通 過(guò)具有預(yù)定長(zhǎng)度的支撐件被垂直地連接于所述轉(zhuǎn)子的下部。所述測(cè)量 方法包括第一步，以逆時(shí)針?lè)较蚴顾鲋黧w旋轉(zhuǎn)90度以接觸所述上 光纖，同時(shí)通過(guò)所述擺錘的旋轉(zhuǎn)使所述下光纖伸展；第二步，測(cè)量所 述第一步中的所述光纖布拉格光柵傳感器的波長(zhǎng)位移量，以設(shè)置所述 波長(zhǎng)位移量為重力加速度的參考值；第三步，以順時(shí)針?lè)较蚴顾鲋?體旋轉(zhuǎn)90度，以使所述擺錘返回其原始位置；第四步，將所述主體安 裝至測(cè)量目標(biāo)；第五步，通過(guò)與地面變化所造成的所述測(cè)量目標(biāo)的左 右振動(dòng)共同運(yùn)轉(zhuǎn)的所述擺錘的旋轉(zhuǎn)，測(cè)量所述光纖布拉格光柵傳感器 的波長(zhǎng)位移值；以及第六步，將所述第五步S5中測(cè)量的所述波長(zhǎng)位移 值代入等式以獲得所述擺錘的張力，并通過(guò)將所獲得的位移量與所述 第三步中的所述參考值進(jìn)行比較而獲得變化的重力加速度。
有益效果
綜上所述，根據(jù)本發(fā)明，地鐵營(yíng)運(yùn)時(shí)難以測(cè)量的地鐵隧道會(huì)聚通 過(guò)優(yōu)選地克服電磁波干擾總能夠被測(cè)量，其中電磁波干擾是現(xiàn)有電子 系統(tǒng)的一個(gè)缺陷。而且，由于光纖布拉格光柵傳感器的優(yōu)良特性，因
10此測(cè)量精確度能夠被提高。此外，由于通過(guò)光纖束可使至少20個(gè)傳感 器能夠被串聯(lián)地連接，因此所需要的空間遠(yuǎn)小于現(xiàn)有電子系統(tǒng)所需的 空間。另外，由于光纖布拉格光柵傳感器自身具有特定波長(zhǎng)值，因此 與測(cè)量目標(biāo)的初始值相比的累積的變形能夠被測(cè)量。
盡管本發(fā)明的示例性實(shí)施方式已作為示例性目的被描述，但是所 屬領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，不背離權(quán)利要求所公開(kāi)的本發(fā)明的范圍和精 神的各種修改、增加和代替是可以的。


圖1是圖示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵
傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置；
圖2是圖示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵 傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置；
圖3是圖示了圖2的裝置的操作的左視圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的 裝置的外觀，該裝置安裝有水平測(cè)量?jī)x；
圖5是圖示了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵 傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置；
圖6和7圖示了圖5的修改；
圖8是圖示了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵 傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置的視圖9圖示了圖8的修改；以及
圖10圖示了根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵 傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置。
具體實(shí)施例方式
在下文中，參考附圖，將描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。 圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵傳感器
測(cè)量會(huì)聚的裝置。圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明使用光纖布拉格光柵傳感器
測(cè)量會(huì)聚的裝置的外觀，該裝置安裝有水平測(cè)量?jī)x。參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵傳 感器測(cè)量會(huì)聚的裝置Al被安裝在測(cè)量目標(biāo)(例如，隧道壁)上，從
而運(yùn)行以測(cè)量由測(cè)量目標(biāo)的變形造成的角位移值。為此，裝置Al包 括主體60，其被安裝在測(cè)量目標(biāo)上；固定裝置21，其被固定地安裝 在主體60的前部；轉(zhuǎn)子20,其被水平地安裝在距離固定裝置21—段 預(yù)定距離處并且通過(guò)軸承被可旋轉(zhuǎn)地安裝在主體60內(nèi)；光纖11，其 被附著于固定裝置21和轉(zhuǎn)子20的上外表面從而維持水平張緊狀態(tài)， 光纖11具有被安裝在其相對(duì)端上的光端機(jī)13;光纖布拉格光柵傳感 器10,其被安裝在位于固定裝置21與轉(zhuǎn)子20之間的光纖11上；以 及擺錘40，其通過(guò)具有預(yù)定長(zhǎng)度的支撐件41被垂直地連接于轉(zhuǎn)子20 的下部。
主體60具有矩形板或盒的形狀，其內(nèi)形成有保持區(qū)，而且主體 60具有如圖4所示被安裝在其外側(cè)的水平測(cè)量?jī)x70和垂直測(cè)量?jī)x80。
固定裝置21或轉(zhuǎn)子20優(yōu)選地采用圓形輪。轉(zhuǎn)子20通過(guò)軸承與設(shè) 置于主體60的軸20a連結(jié)，從而使摩擦力最小。
光纖布拉格光柵傳感器IO被稱為光纖布拉格光柵(FBG)，其中， 核心的折射率周期性變化并且選擇性地僅反射特定波長(zhǎng)(布拉格波長(zhǎng)) 的光。
而且，光纖布拉格光柵傳感器IO具有特定波長(zhǎng)值，并且已知具有 卓越的物理性質(zhì)，例如幾乎不受電磁波干擾。
通常，光纖布拉格光柵IO具有非常高的每單位面積張力和非常小 的125mm的直徑，從而其能夠容易地被外部震動(dòng)破壞，因而當(dāng)其被附 著時(shí)需要非常精細(xì)的操作。
而且，當(dāng)光纖布拉格光柵傳感器10被安裝從而連接固定裝置21 和轉(zhuǎn)子20的外表面時(shí)，其被拉緊并安裝在張緊狀態(tài)，因而其具有合適 的張力，從而允許測(cè)量更精確的值。
用于使擺錘40停止移動(dòng)的一對(duì)位移調(diào)節(jié)器50被安裝在擺錘40 的相對(duì)側(cè)上，從而限制擺錘40的振幅或者在運(yùn)輸過(guò)程中避免破壞。
每個(gè)位移調(diào)節(jié)器50包括距離擺錘40 —段預(yù)定距離的主體50b和 被獰入主體50b的調(diào)整螺栓50a,調(diào)整螺栓50a允許其一端支撐擺錘40。調(diào)整螺栓50a被捋緊或檸松以限制擺錘40能夠移動(dòng)的空間。
位移調(diào)節(jié)器50被應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的第二、第三和第四實(shí)施方式 的所有裝置A2、 A3和A4。在下文中，將不再重復(fù)描述位移調(diào)節(jié)器 50。
當(dāng)附接有主體60的測(cè)量目標(biāo)傾斜時(shí)，主體60也與測(cè)量目標(biāo)一起 傾斜。擺錘40以相對(duì)于主體60的相反方向旋轉(zhuǎn)，因?yàn)槠?:轉(zhuǎn)向地球 的中心。
此時(shí)，通過(guò)支撐件41被連接至擺錘40的轉(zhuǎn)子20旋轉(zhuǎn)以使得光纖 ll拉伸或收縮。該位移通過(guò)光纖布拉格光柵傳感器IO被;險(xiǎn)測(cè)。
因而，因?yàn)橛蓴[錘40產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力的大小與主體60的旋轉(zhuǎn)角成 比例變化，所以位移通過(guò)光纖布拉格光柵傳感器IO被檢測(cè)，然后根據(jù) 角度能夠被計(jì)算。
而且，；故安裝在擺錘40的相對(duì)側(cè)上的位移調(diào)節(jié)器50的調(diào)整螺栓 50a被擰緊或擰松，從而限制擺錘40的振幅。
在該方法中，因?yàn)轭A(yù)先避免了擺錘40不必要的位移，所以光纖布 拉格光柵傳感器10的耐用性被避免降低。為了運(yùn)輸，調(diào)整螺栓50a 被進(jìn)一步擰緊至固定擺錘40，并與擺錘40緊密接觸，從而光纖布拉 格光柵傳感器10的破壞得以防止。
調(diào)整螺栓50a被優(yōu)選地安裝使得用戶能夠在主體60的外面操作調(diào) 整螺栓50a。
同時(shí)，用于補(bǔ)償溫度的光纖布拉格光柵(未示出)被安裝在主體 60上以根據(jù)溫度檢測(cè)主體60的變形。所測(cè)量的值的補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)更精確 的測(cè)量。如圖4所示，水平測(cè)量?jī)x70或垂直測(cè)量?jī)x80被安裝在主體 60的外側(cè)的x軸或y軸上，從而便利了安裝工作。
圖2是圖示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵 傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置。圖3是圖示了圖2的裝置的操作的左視圖。
參考圖2和圖3，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的使用光纖布拉格 光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置A2被安裝在測(cè)量目標(biāo)上，從而運(yùn)行以測(cè) 量由測(cè)量目標(biāo)的變形造成的角位移值。為此，裝置A2的特征在于， 姿勢(shì)校正器30被安裝使得在測(cè)量目標(biāo)具有傾斜表面而不是垂直表面
13的情況中，特別地在測(cè)量目標(biāo)具有一個(gè)傾斜角并且測(cè)量目標(biāo)的上部在該傾斜角處向前凸出的情況中，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)自身使其與測(cè)量目標(biāo)的傾斜
一致從而確保精確操作，因而轉(zhuǎn)子20、固定裝置21和擺錘40總能夠保持在與地面垂直的姿勢(shì)。
至于根據(jù)第二實(shí)施方式的裝置A2的配置，裝置A2包括主體60，其被安裝在測(cè)量目標(biāo)上；姿勢(shì)校正器30,其具有在水平方向上、在主體60的前部彼此隔開(kāi)的多個(gè)支撐件301和通過(guò)軸承被可旋轉(zhuǎn)地連結(jié)至多個(gè)支撐件301的水平條302;固定裝置21，其被固定地安裝在水平條302的一個(gè)內(nèi)側(cè)；轉(zhuǎn)子20，其被可旋轉(zhuǎn)地安裝在水平條302的另一內(nèi)側(cè)；光纖ll,其被附著于固定裝置21和轉(zhuǎn)子20的上外表面從而保持水平張緊狀態(tài)，而且光纖11具有被安裝在其相對(duì)端上的光端機(jī)；光纖布拉格光柵傳感器10，其被安裝在位于固定裝置21與轉(zhuǎn)子20之間的光纖11上；以及擺錘40,其通過(guò)具有預(yù)定長(zhǎng)度的支撐件41被垂直連接于轉(zhuǎn)子20的下部。
姿勢(shì)校正器30包括與主體60前部水平隔開(kāi)的多個(gè)支撐件或支架301和通過(guò)軸承被可旋轉(zhuǎn)地連結(jié)至多個(gè)支撐件或支架301的水平條302。
如圖3所示，在將主體60安裝至傾斜了預(yù)定角度q的測(cè)量目標(biāo)的情況中，姿勢(shì)校正器30的水平條302與角度q成比例旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子20、固定裝置21和擺錘40總能夠被保持垂直于地面，從而轉(zhuǎn)子20能夠避免偏離其軸20a。姿勢(shì)校正器30能夠保證精確操作，從而允許實(shí)現(xiàn)更高精確度的測(cè)量。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式，位移調(diào)節(jié)器50被安裝在擺錘40的兩側(cè)，在下文中將不對(duì)位移調(diào)節(jié)器50進(jìn)行進(jìn)一步描述。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式，轉(zhuǎn)子20被安裝在水平條30的內(nèi)表面，而且支撐件41被固定于轉(zhuǎn)子20。然后，擺錘40被附接于支撐件41。
固定裝置21被安裝在距離轉(zhuǎn)子20預(yù)定距離處，光纖布拉格光柵傳感器IO被固定地附接于位于固定裝置21與轉(zhuǎn)子20之間的光纖11。此時(shí)，在固定裝置21被旋轉(zhuǎn)以將適當(dāng)?shù)膹埩?yīng)用于光纖布拉格光柵傳感器IO之后，至少一個(gè)反轉(zhuǎn)螺栓21b被擰緊以防止固定裝置21旋轉(zhuǎn)。
因此，當(dāng)附接有主體60的測(cè)量目標(biāo)被旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)軸承30a被連結(jié)至支架301的水平條302與測(cè)量目標(biāo)一起被力走轉(zhuǎn)，從而擺錘40反向旋轉(zhuǎn)。
此時(shí)，轉(zhuǎn)子20與支撐件41共同被旋轉(zhuǎn)，因而將張力應(yīng)用于光纖布拉格光柵傳感器10。因而，轉(zhuǎn)子20包括將被改變長(zhǎng)度的光纖布拉才各光柵傳感器10。
換言之，因?yàn)橛蓴[錘40產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力的量與水平條302的旋轉(zhuǎn)角成比例變化，所以光纖布拉格光柵傳感器10的張力通過(guò)光纖布拉格光柵傳感器10被檢測(cè)，然后根據(jù)角度能夠被計(jì)算。
而且，位移調(diào)節(jié)器50被安裝在擺錘40的相對(duì)側(cè)上，從而如上所述防止不必要的位移，因而防止光纖布拉格光柵傳感器10的耐用性被降低。為了運(yùn)輸，調(diào)整螺栓50a被檸緊至使得擺錘40固定，從而光纖布拉格光柵傳感器10的破壞被防止。
使用根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置的測(cè)量方法將在下面描述。
該測(cè)量方法包括第一步Sl,測(cè)量光纖布拉格光柵傳感器10的波長(zhǎng)位移量以將其設(shè)置為參考值；第二步S2，將主體60安裝至例如隧道壁的測(cè)量目標(biāo)；第三步S3，通過(guò)與由地面的變化造成的測(cè)量目標(biāo)的傾斜共同運(yùn)轉(zhuǎn)的擺錘40的旋轉(zhuǎn)，測(cè)量由光纖布拉格光柵傳感器10的膨脹和收縮導(dǎo)致的波長(zhǎng)位移值；以及第四步S4，將第三步S3中測(cè)量的波長(zhǎng)位移值代入如下等式中以獲得角位移。
在此，第四步S4中的等式如下所示。角位移通過(guò)等式l被獲得。
等式l
y=0.6264.x
其中y是角位移，x是波長(zhǎng)位移值。
參考圖1，等式1的系數(shù)根據(jù)軸20a的中心與擺錘40的重心之間的距離L、與軸20a的中心與光纖布拉格光柵傳感器IO的接觸點(diǎn)之間的距離1的比率變化。而且，等式1的系數(shù)根據(jù)擺錘40的重量變化。
圖5是圖示了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置。圖6和7圖示了圖5的修改。
參考圖5，根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置A3被安裝在測(cè)量目標(biāo)上，從而運(yùn)行以測(cè)量由振動(dòng)造成的重力加速度的變化值G。
為此，裝置A3包括主體60,其被安裝在測(cè)量目標(biāo)上；固定裝置21，其被固定地安裝在主體60的前部；轉(zhuǎn)子20,其被水平地安裝在距離固定裝置21 —段預(yù)定距離處并且通過(guò)軸承被可旋轉(zhuǎn)地安裝在主體60內(nèi)；上、下光纖111和112，其被附著至固定裝置21和轉(zhuǎn)子20的上、下外表面從而保持水平張緊狀態(tài)，每個(gè)光纖具有被安裝在其端部上的光端機(jī)13;光纖布拉格光柵傳感器10,其被安裝在位于固定裝置21與轉(zhuǎn)子20之間的上光纖111上；以及擺錘40，其通過(guò)具有預(yù)定長(zhǎng)度的支撐件41被垂直地連接于轉(zhuǎn)子20的下部。
在被放置以圍繞固定裝置21和轉(zhuǎn)子20之后，上、下光纖lll和112被附著至固定裝置21和轉(zhuǎn)子20的上、下外表面從而保持水平張緊狀態(tài)。
在本發(fā)明的第三實(shí)施方式中，固定裝置21被安裝在主體60的前部，轉(zhuǎn)子20被連結(jié)至與固定裝置21隔開(kāi)的軸20a。如上所述，轉(zhuǎn)子20和軸20a通過(guò)軸承;故彼此連結(jié)。
使用根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置的測(cè)量方法將在下面被描述。
該測(cè)量方法包括第一步S1，以逆時(shí)針?lè)较驅(qū)⒅黧w60旋轉(zhuǎn)90度以接觸上光纖111并通過(guò)擺錘40的旋轉(zhuǎn)同時(shí)拉伸下光纖112;第二步S2,測(cè)量第一步Sl中的光纖布拉格光柵傳感器10的波長(zhǎng)位移量以將其設(shè)置為重力加速度G的參考值；第三步S3，以順時(shí)針?lè)较驅(qū)⒅黧w60旋轉(zhuǎn)90度以使擺錘40返回原始位置；第四步S4，將主體60安裝至例如隧道壁的測(cè)量目標(biāo)；第五步S5，通過(guò)與由地面的變化造成的測(cè)量目標(biāo)的傾斜共同運(yùn)轉(zhuǎn)的擺錘40的旋轉(zhuǎn)，測(cè)量由光纖布拉格光柵傳感器10的膨脹和收縮導(dǎo)致的波長(zhǎng)位移值；以及第六步S6，將第五步S5中測(cè)量的波長(zhǎng)位移值代入如下等式中以獲得擺錘40的張力g，并通過(guò)
比較所獲得的位移量與第三步S3的參考值，獲得變化的重力加速度G。
在此，第六步S6中的等式如下。重力加速度G通過(guò)等式2被獲得。
等式2
y = 0.0136'x +0.0009
其中，y是擺錘的張力g, x是波長(zhǎng)位移值。
等式2的系數(shù)根據(jù)軸20a的中心與擺錘40的重心之間的距離L 、與軸20a的中心與上光纖111的接觸點(diǎn)之間的距離l的比率變化。
而且，等式2的系數(shù)根據(jù)擺錘40的重量變化。
此時(shí)，如圖6所示，在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置中，上、下光纖111和112分別被裝備有光纖布拉格光柵傳感器10a和10b，從而張力和壓縮力被同時(shí)應(yīng)用于上、下光纖111和112。結(jié)果，精確的測(cè)量能夠被實(shí)現(xiàn)。
而且，上、下光纖111和112中的任意一個(gè)能夠被用于補(bǔ)償溫度。
同時(shí)，如圖7所示，擺錘40能夠通過(guò)具有預(yù)定長(zhǎng)度的支撐件被水平連接至轉(zhuǎn)子20的一側(cè)。擺錘40的水平連接能夠使其容易地檢測(cè)垂直振動(dòng)。
圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置。
參考圖8，根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置A4運(yùn)行以測(cè)量由振動(dòng)造成的重力加速度的變形值，并且裝置A4包括主體60，其被安裝在測(cè)量目標(biāo)上；轉(zhuǎn)子20，其通過(guò)軸承被可旋轉(zhuǎn)地安裝在主體60的前部；第一和第二固定裝置212和214，其被水平且固定地安裝在距離轉(zhuǎn)子20 —段預(yù)定距離處；光纖11,其被繞在轉(zhuǎn)子20的外周表面上，并且在其一側(cè)上被附著于第一固定裝置212且在其另一側(cè)上被附著于第二固定裝置214，從而保持水平張緊狀態(tài)，光纖11具有被安裝在其相對(duì)端上的光端機(jī)13;光纖布拉格光柵傳感器10，其被安裝在位于第一固定裝置212與轉(zhuǎn)子頁(yè)
20之間的光纖11上；以及擺錘40，其通過(guò)具有預(yù)定長(zhǎng)度的支撐件41:故垂直地連接于轉(zhuǎn)子20的下部。
圖9圖示了圖8的修改(另一實(shí)施方式)。在本發(fā)明的第四實(shí)施方式中，另一光纖布拉格光柵傳感器10b被另外安裝在位于第二固定裝置214與轉(zhuǎn)子20之間的光纖11上。
根據(jù)本發(fā)明的第三和第四實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置A3和A4還能夠被用于角度測(cè)量。
圖10圖示了根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置。
如圖IO所示，在根據(jù)本發(fā)明的第一至第四實(shí)施方式的使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置中，轉(zhuǎn)子20被水平地安裝在距離固定裝置21 —段預(yù)定距離處并且通過(guò)軸承被可旋轉(zhuǎn)地安裝在主體60內(nèi)，而且轉(zhuǎn)子20在其下部纟皮偏心且完整地連結(jié)有加重部件20b。
18
權(quán)利要求
1. 一種使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置，其被安裝在測(cè)量目標(biāo)上，從而能夠測(cè)量由所述測(cè)量目標(biāo)的變形造成的角位移值，所述裝置包括主體，其被安裝在所述測(cè)量目標(biāo)上；固定裝置，其被固定地安裝在所述主體的前部；轉(zhuǎn)子，其被水平地安裝為與所述固定裝置相隔預(yù)定距離，并通過(guò)軸承被可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述主體內(nèi)；光纖，其被附著于所述固定裝置和所述轉(zhuǎn)子的上部外表面以保持水平張緊狀態(tài)；光纖布拉格光柵傳感器，其被安裝在位于所述固定裝置與所述轉(zhuǎn)子之間的所述光纖上；以及擺錘，其通過(guò)具有預(yù)定長(zhǎng)度的支撐件被垂直地連接于所述轉(zhuǎn)子的下部。
2. —種使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置，其被安裝在測(cè)量目標(biāo)上，/人而能夠測(cè)量由所述測(cè)量目標(biāo)的變形造成的角位移值，所述裝置包括主體，其被安裝在所述測(cè)量目標(biāo)上；姿勢(shì)校正器，其被安裝在所述主體的前部并且與所述主體的傾斜協(xié)同地旋轉(zhuǎn)；固定裝置，其被固定地安裝在所述姿勢(shì)校正器的一側(cè)；轉(zhuǎn)子，其所述固定裝置隔開(kāi)并被可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述姿勢(shì)校正器的另一側(cè)；光纖，其被附著于所述固定裝置和所述轉(zhuǎn)子的上部外表面以保持水平張緊狀態(tài)；光纖布拉格光柵傳感器，其被安裝在位于所述固定裝置與所述轉(zhuǎn)子之間的所述光纖上；以及擺錘，其通過(guò)具有預(yù)定長(zhǎng)度的支撐件被垂直地連接于所述轉(zhuǎn)子的下部。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述姿勢(shì)校正器包括在所述 主體的前部、在水平方向上彼此遠(yuǎn)離的多個(gè)支撐件，和通過(guò)軸承被可 旋轉(zhuǎn)地連結(jié)至所述多個(gè)支撐件的水平條。
4. 一種使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置，其被安裝在 測(cè)量目標(biāo)上，從而能夠測(cè)量由變形造成的重力加速度的變化值，所述裝置包括主體，其被安裝在所述測(cè)量目標(biāo)上；固定裝置，其被固定地安裝在所述主體的前部；轉(zhuǎn)子，其被水平地安裝為與所述固定裝置相隔預(yù)定距離，并且通 過(guò)軸7 ^皮可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述主體內(nèi)；上光纖和下光纖，其被附著于所述固定裝置和所述轉(zhuǎn)子的上部外 表面和下部外表面以保持水平張緊狀態(tài)；光纖布拉格光柵傳感器，其被安裝在位于所述轉(zhuǎn)子的上部外表面 與所述固定裝置之間的所述上光纖上；以及擺錘，其通過(guò)具有預(yù)定距離的支撐件被垂直地連接于所述轉(zhuǎn)子的 下部。
5. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述光纖布拉格光柵傳感器 被安裝在位于所述轉(zhuǎn)子的下部外表面與所述固定裝置之間的所述下光 纖上。
6. —種使用光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置，其被安裝在 測(cè)量目標(biāo)上，從而能夠測(cè)量由變形造成的重力加速度的變形值，所述 裝置包括主體，其被安裝在所述測(cè)量目標(biāo)上；轉(zhuǎn)子，其通過(guò)軸承被可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述主體的前部； 第一固定裝置和第二固定裝置，其被水平且固定地安裝為與所述轉(zhuǎn)子相隔預(yù)定距離；光纖，其被繞在所述轉(zhuǎn)子的外周表面，并且所述光纖在其一側(cè)被 附著于所述第一固定裝置并且在其另一側(cè)被附著于所述第二固定裝置，從而保持水平張緊狀態(tài)；光纖布拉格光柵傳感器，其被安裝在位于所述第一固定裝置與所述轉(zhuǎn)子之間的所述光纖上；以及擺錘，其通過(guò)具有預(yù)定長(zhǎng)度的支撐件被垂直地連接于所述轉(zhuǎn)子的 下部。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述光纖布拉格光柵傳感器被安裝在位于所述第二固定裝置與所述轉(zhuǎn)子之間的所述光纖上。
8. 如權(quán)利要求l、 2、 4和6的任意一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述 轉(zhuǎn)子在其下部被偏心且完整地連結(jié)有加重部件。
9. 如權(quán)利要求l、 2、 4和6的任意一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述 主體包括被安裝在其外側(cè)的水平測(cè)量?jī)x和垂直測(cè)量?jī)x。
10. 如權(quán)利要求1、 2、 4和6的任意一項(xiàng)所述的裝置，其中，所 述光纖在其相對(duì)側(cè)上被裝備有光端機(jī)。
11. 如權(quán)利要求1、 2、 4和6的任意一項(xiàng)所述的裝置，進(jìn)一步包 括多個(gè)位移調(diào)節(jié)器，所述位移調(diào)節(jié)器被安裝在所述擺錘的相對(duì)側(cè)并用 于限制所述擺錘的振幅或使所述擺錘停止移動(dòng)。
12. 如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述位移調(diào)節(jié)器的每一個(gè) 包括主體，其與所述擺錘相隔預(yù)定距離；以及調(diào)整螺栓，其被擰入 所述主體并使其一端支撐所述擺錘，從而通過(guò)檸緊或檸松所述調(diào)整螺 栓限制所述擺錘能夠移動(dòng)的空間。
13. —種使用會(huì)聚測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其中所述會(huì)聚測(cè)量裝置具有主體，其被安裝在測(cè)量目標(biāo)上；固定裝置，其被固定地安裝在 所述主體的前部；轉(zhuǎn)子，其被水平地安裝為與所述固定裝置相隔預(yù)定 距離并通過(guò)軸承被可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述主體內(nèi)；光纖，其被附著于所 述固定裝置和所述轉(zhuǎn)子的上部外表面以保持水平張緊狀態(tài)，所述光纖 在其相對(duì)端上具有光端機(jī)；光纖布拉格光柵傳感器，其被安裝在位于 所述固定裝置與所述轉(zhuǎn)子之間的所述光纖上；以及擺錘，其通過(guò)具有 預(yù)定長(zhǎng)度的支撐件被垂直地連接于所述轉(zhuǎn)子的下部，所述測(cè)量方法包 括第一步，測(cè)量所述光纖布拉格光柵傳感器的波長(zhǎng)位移量，以設(shè)置 所述波長(zhǎng)位移量為參考值；第二步，將所述主體安裝至所述測(cè)量目標(biāo)；第三步，通過(guò)與地面變化所造成的所述測(cè)量目標(biāo)的傾斜共同運(yùn)轉(zhuǎn) 的所述擺錘的旋轉(zhuǎn)，測(cè)量由所述光纖布拉格光柵傳感器的膨脹和收縮導(dǎo)致的波長(zhǎng)位移值；以及第四步，將在所述第三步中測(cè)量的所述波長(zhǎng)位移值代入等式中以 獲得角位移。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第四步的所述等式如下y=0.6264'x其中，y是角位移，x是波長(zhǎng)位移值。
15. 如權(quán)利要求13或14所述的方法，其中，所述等式的系數(shù)根 據(jù)所述轉(zhuǎn)子的軸的中心與所述擺錘的重心之間的距離、與所述軸的中 心與所述光纖布拉格光柵傳感器的接觸點(diǎn)之間的距離的比率而變化。
16. 如權(quán)利要求13或14所述的方法，其中，所述等式的系數(shù)根 據(jù)所述擺錘的重量變化。 '
17. —種使用會(huì)聚測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其中所述會(huì)聚測(cè)量裝置具有主體，其被安裝在測(cè)量目標(biāo)上；固定裝置，其被固定地安裝在 所述主體的前部；轉(zhuǎn)子，其被水平地安裝為與所述固定裝置相隔預(yù)定 距離并通過(guò)軸承被可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述主體內(nèi)；上光纖和下光纖，其 被附著于所述固定裝置和所述轉(zhuǎn)子的上部外表面和下部外表面以維持 水平張緊狀態(tài)，每個(gè)光纖具有被安裝在其一端的光端機(jī)；光纖布拉格 光柵傳感器，其被安裝在位于所述轉(zhuǎn)子的上部外表面與所述固定裝置 之間的所述上光纖上；以及擺錘，其通過(guò)具有預(yù)定長(zhǎng)度的支撐件被垂 直地連接于所述轉(zhuǎn)子的下部，所述測(cè)量方法包括第一步，以逆時(shí)針?lè)较蚴顾鲋黧w旋轉(zhuǎn)90度以接觸所述上光纖， 同時(shí)通過(guò)所述擺錘的旋轉(zhuǎn)使所述下光纖伸展；第二步，測(cè)量所述第 一 步中的所述光纖布拉格光柵傳感器的波長(zhǎng) 位移量，以設(shè)置所述波長(zhǎng)位移量為重力加速度的參考值；第三步，以順時(shí)針?lè)较蚴顾鲋黧w旋轉(zhuǎn)90度，以使所述擺錘返回 其原始位置；第四步，將所述主體安裝至測(cè)量目標(biāo)；第五步，通過(guò)與地面變化所造成的所述測(cè)量目標(biāo)的左右振動(dòng)共同 運(yùn)轉(zhuǎn)的所述擺錘的旋轉(zhuǎn)，測(cè)量所述光纖布拉格光柵傳感器的波長(zhǎng)位移 值；以及 第六步，將所述第五步S5中測(cè)量的所述波長(zhǎng)位移值代入等式以獲 得所述擺錘的張力，并通過(guò)將所獲得的位移量與所述第三步中的所述 參考值進(jìn)行比較而獲得變化的重力加速度。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述第四步的所述等式如下y = 0.0136'x +0.0009其中，y是所述擺錘的張力g， x是波長(zhǎng)位移值。
19. 如權(quán)利要求17或18所述的方法，其中，所述等式的系數(shù)根 據(jù)所述轉(zhuǎn)子的軸的中心與所述擺錘的重心之間的距離、與所述軸的中心與所述光纖布拉格光柵傳感器的接觸點(diǎn)之間的距離的比率而變化。
20.如權(quán)利要求17或18所述的方法，其中，所述等式的系數(shù)根 據(jù)所述擺錘的重量變化。
全文摘要
公開(kāi)了一種使用測(cè)量輕微變形的光纖布拉格光柵傳感器測(cè)量會(huì)聚的裝置及使用該裝置的測(cè)量方法，當(dāng)包括橋梁或隧道的測(cè)量目標(biāo)傾斜或振動(dòng)時(shí)，該裝置能通過(guò)測(cè)量光纖布拉格光柵傳感器的變形測(cè)量該測(cè)量目標(biāo)的會(huì)聚(例如，傾斜或者重力加速度)。該裝置包括主體，安裝在測(cè)量目標(biāo)上；固定裝置，固定地安裝在主體的前部；轉(zhuǎn)子，水平地安裝為與固定裝置相隔預(yù)定距離并通過(guò)軸承可旋轉(zhuǎn)地安裝在主體內(nèi)；光纖，附著于固定裝置和轉(zhuǎn)子的上部外表面以維持水平張緊狀態(tài)，該光纖在其相對(duì)端上安裝有光端機(jī)；光纖布拉格光柵傳感器，安裝在固定裝置與轉(zhuǎn)子之間的光纖上；擺錘，通過(guò)具有預(yù)定長(zhǎng)度的支撐件垂直連接于轉(zhuǎn)子的下部。在設(shè)置參考值之后，該裝置安裝在測(cè)量目標(biāo)上，然后計(jì)算地面變化造成的位移量，以測(cè)量角位移和重力加速度位移的值。
文檔編號(hào)G01B11/26GK101501443SQ200780029524
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2007年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月9日
發(fā)明者李錦錫 申請(qǐng)人:李錦錫