分布式變形測量裝置與光纖光柵傾角傳感器、結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種分布式變形測量裝置與光纖光柵傾角傳感器、結(jié)構(gòu)，包括：外殼，外殼為底端開放的空心圓筒；一對等強度梁，分別設(shè)置在外殼內(nèi)相對側(cè)，一對等強度梁的內(nèi)表面或者外表面上的相對側(cè)設(shè)置有兩個光纖光柵放置位；重物，設(shè)置在外殼的底部，重物的兩端分別與一對等強度梁固定。由于光纖光柵放置位在相對側(cè)，從而使得在變形時，光纖光柵放置位中一個受正應(yīng)變作用，另一個受負(fù)應(yīng)變作用，采用光纖光柵的波長漂移量的差值信息作為輸出信號，因此，能夠消除檢測過程中的溫度誤差，繼而，提高了光纖光柵傾角傳感器的檢測精度。
【專利說明】
分布式變形測量裝置與光纖光柵傾角傳感器、結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及傳感器檢測領(lǐng)域，具體涉及一種分布式變形測量裝置與光纖光柵傾角傳感器、結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]對沿豎直方向不同高度或者深度處的傾斜、變形信息的監(jiān)測在高層建筑、電力鐵塔、高邊坡等工程領(lǐng)域非常重要，通過監(jiān)測，可掌握它們的傾斜、變形情況以及其變化趨勢。這種傾斜或者變形的測量技術(shù)中，傳統(tǒng)的電測斜儀應(yīng)用非常普遍，例如在邊坡的變形監(jiān)測中，工作人員通過在邊坡內(nèi)部沿豎直方向鉆孔，埋入商業(yè)測斜管，將電測斜儀放入測斜管中，從測斜管的底端開始，依次按照等高度的間隔提升電測斜儀，再記錄下各個高度處的電測斜儀測量到的變形值，得到邊坡沿豎直方向不同高度分布式變形信息。這種測量方法，由于電測斜儀的輸出信號為弱電，一方面，儀器的抗電磁干擾能力差，讀數(shù)不穩(wěn)定;另一方面，工作人員的每次測量都必須到邊坡現(xiàn)場實施，工作開展非常不便，不同的工作人員受主觀影響后的讀數(shù)結(jié)果也容易不同，而且無法做到實時監(jiān)測，對邊坡變形無法實時、及時的掌握。光纖光柵傳感技術(shù)因其抗電磁干擾、可多個傳感器串接復(fù)用、易于組網(wǎng)測量、可遠(yuǎn)程實時監(jiān)測等突出優(yōu)勢，非常適合用于邊坡等野外惡劣環(huán)境中的實時監(jiān)測，因此基于光纖光柵原理的分布式變形測量技術(shù)的研究不斷。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，例如文獻(xiàn)《基于光纖光柵傳感技術(shù)的邊坡原位測斜及穩(wěn)定性評估方法》和《基于光纖光柵的高陡邊坡及危巖落石監(jiān)測技術(shù)與應(yīng)用研究》，以及公開號為101713650A的中國專利《一種光纖光柵測斜儀及測斜算法》中，均是將光纖光柵等長度間隔的直接粘貼于測斜管表面，測斜管在邊坡變形的作用下產(chǎn)生彎曲變形，光纖光柵感知測斜管的彎曲應(yīng)變，通過測量光纖光柵在彎曲應(yīng)變作用下的波長漂移，得出測斜管的應(yīng)變分布信息，再利用這些應(yīng)變分布信息，結(jié)合理論算法，推導(dǎo)出測斜管的變形信息?，F(xiàn)有技術(shù)的不足在于:由于光纖光柵直接粘貼在測斜管表面，光纖光柵粘貼處的測斜管彎曲應(yīng)變不一定為均勻應(yīng)變，非均勻的應(yīng)變作用會使光纖光柵產(chǎn)生啁啾現(xiàn)象，導(dǎo)致光纖光柵傳感失效;現(xiàn)有技術(shù)提供的理論算法，需要通過光纖光柵測量到的彎曲應(yīng)變反推出測斜管的轉(zhuǎn)角信息，再推導(dǎo)出變形信息，計算麻煩且誤差大;光纖光柵直接粘貼在測斜管表面，埋入至邊坡等工程內(nèi)部使用后，無法取出再次應(yīng)用到其他工程，不可重復(fù)性使用，成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于減少利用光纖光柵測量分布式變形的檢測誤差，提高檢測精度。
[0005]為此，根據(jù)第一方面，本發(fā)明實施例公開一種光纖光柵傾角傳感器結(jié)構(gòu)，包括:
[0006]外殼，外殼為底端開放的空心圓筒;一對等強度梁，分別設(shè)置在外殼內(nèi)相對側(cè)，一對等強度梁的內(nèi)表面或者外表面上的相對側(cè)設(shè)置有光纖光柵放置位;重物，設(shè)置在外殼的底部，重物的兩端分別與一對等強度梁固定。
[0007]進(jìn)一步，還包括:多個導(dǎo)向凸起，多個導(dǎo)向凸起設(shè)置在外殼的外表面;多個導(dǎo)向凸起分別與多個目標(biāo)凹槽相匹配。
[0008]進(jìn)一步，還包括:頂板，與外殼的頂端連接，一對等強度梁的頂端分別與頂板連接；頂板上開設(shè)有貫穿其上下表面的頂板通孔，頂板通孔與空心圓筒的出纖通孔連通。
[0009]進(jìn)一步，外殼的上表面上設(shè)置有環(huán)鉤。
[0010]進(jìn)一步，還包括:底蓋，與外殼的底端連接，以對空心圓筒進(jìn)行密封;底蓋上開設(shè)有貫穿其上下表面的底蓋通孔，底蓋通孔與空心圓筒連通。
[0011]進(jìn)一步，底蓋的下表面上設(shè)置有環(huán)鉤。
[0012]根據(jù)第二方面，本發(fā)明實施例公開一種光纖光柵傾角傳感器，包括:
[0013]上述的光纖光柵傾角傳感器結(jié)構(gòu)；一對光纖光柵，分別設(shè)置在一對等強度梁的光纖光柵放置位。
[0014]根據(jù)第三方面，本發(fā)明實施例公開一種分布式變形測量裝置，包括:
[0015]級聯(lián)的η個上述的光纖光柵傾角傳感器，η為大于或等于2的整數(shù);本級傳感器的外殼的底端通過繩索連接至下級傳感器的外殼的頂端;各光纖光柵的尾纖串接于同一光纖；商業(yè)測斜管，為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有凹槽，用于可拆卸放置所述級聯(lián)的η個所述的光纖光柵傾角傳感器。
[0016]進(jìn)一步’采用如下公式得到相對水平位移土+:!:^+:! = !^]^+:!。
[0017]本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點:
[0018]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案，由于在外殼內(nèi)相對側(cè)上設(shè)置一對等強度梁，等強度梁的內(nèi)表面或者外表面上的相對側(cè)設(shè)置有光纖光柵放置位，并且，一對等強度梁分別與重物的兩端固定，從而在發(fā)生傾斜時，在該重物的作用下，使得該一對等強度梁發(fā)生形變，通過放置在光纖光柵放置位上的光纖光柵可以采集到該傾斜值，由于光纖光柵放置位在相對側(cè)，從而使得在變形時，光纖光柵放置位中一個受正應(yīng)變作用，另一個受負(fù)應(yīng)變作用，可以采用光纖光柵的波長漂移量的差值信息作為輸出信號，因此，能夠減少檢測過程中的溫度誤差，繼而，提高了光纖光柵傾角傳感器的檢測精度。
[0019]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，在外殼的外表面設(shè)置多個導(dǎo)向凸起，該多個導(dǎo)向凸起分別與多個目標(biāo)凹槽相匹配，從而，使得光纖光柵傾角傳感器能夠更好地貼合在目標(biāo)商業(yè)斜管中，并且能夠按照多個目標(biāo)凹槽形成的目標(biāo)軌跡進(jìn)行移動。
[0020]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，在頂板上開設(shè)有貫穿其上下表面的出纖通孔，出纖通孔與空心圓筒連通，在底蓋上開設(shè)有貫穿其上下表面的底蓋通孔，底蓋通孔與空心圓筒連通，從而使得設(shè)置在空心圓筒內(nèi)的光纖光柵能夠通過該出纖通孔或者底蓋通孔與上級光纖光柵或者下級光纖光柵進(jìn)行串接，實現(xiàn)多個光纖光柵的復(fù)用。
[0021]對于分布式變形測量裝置，由于級聯(lián)了η個光纖光柵傾角傳感器，從而，使得該分布式變形測量裝置能夠置放在較長的商業(yè)測斜管中，對商業(yè)測斜管內(nèi)各個目標(biāo)區(qū)域的變形傾斜進(jìn)行檢測。
[0022]此外，當(dāng)完成某次測量工程結(jié)束后，即使商業(yè)測斜管因固定或者埋入測量對象后無法取出，級聯(lián)的η個光纖光柵傾角傳感器則可從商業(yè)測斜管中取出，再次使用時，只需要設(shè)置另外的商業(yè)測斜管，再將級聯(lián)的η個光纖光柵傾角傳感器放入測斜管中，從而，使得級聯(lián)的傳感器能夠重復(fù)使用，節(jié)約了測量成本。
[0023]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，頂板的上表面上設(shè)置有環(huán)鉤，底蓋的下表面上設(shè)置有環(huán)鉤，從而使得上下級的光纖光柵傾角傳感器能夠分別通過這些環(huán)鉤進(jìn)行機(jī)械串接。
【附圖說明】

[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明【具體實施方式】或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對【具體實施方式】或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發(fā)明實施例中一種光纖光柵傾角傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實施例中一種光纖光柵傾角傳感器平面示意簡圖；
[0027]圖3a和圖3b為本發(fā)明實施例中一種分布式變形測量裝置結(jié)構(gòu)示意，其中，圖3a為分布式變形測量裝置測量時的一種狀態(tài)示意圖，圖3b為分布式變形測量裝置測量時的另一種狀態(tài)不意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明實施例中一種分布式變形測量方法流程圖。
【具體實施方式】
[0029]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0031]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機(jī)械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0032]此外，下面所描述的本發(fā)明不同實施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。
[0033]請參考圖1，為本實施例公開的一種光纖光柵傾角傳感器結(jié)構(gòu)，包括:外殼1、一對等強度梁10和重物13，其中:
[0034]外殼I為底端開放的空心圓筒。需要說明的是，在具體實施例中，所稱空心圓筒可以有一定的圓度誤差，也可以是類似圓柱的空心柱體結(jié)構(gòu)。
[0035]一對等強度梁10分別設(shè)置在外殼I內(nèi)相對側(cè)，該一對等強度梁10的內(nèi)表面或者外表面上的相對側(cè)設(shè)置有光纖光柵放置位。在具體實施例中，在優(yōu)選的實施例中，該一對等強度梁10為等腰三角形彈性薄板，呈倒等腰三角狀設(shè)置在空心圓筒，以使等強度梁10受到的應(yīng)變均勾分布。
[0036]重物13設(shè)置在外殼I的底部，重物13的兩端分別與一對等強度梁10固定。在具體實施例中，重物13可以是圓柱體等規(guī)則形狀的物體，以使得重物13的重力分布均衡。為便于重物13的兩端分別與一對等強度梁10固定，優(yōu)選地，重物13為立方體，重物13與等強度梁10接觸的兩側(cè)面上開有與等強度頂端通孔相對應(yīng)的重物螺紋孔，以實現(xiàn)重物13的兩端分別與一對等強度梁10固定。
[0037]在優(yōu)選的實施例中，請參考圖1，該光纖光柵傾角傳感器結(jié)構(gòu)還包括:多個導(dǎo)向凸起2，多個導(dǎo)向凸起2設(shè)置在外殼I的外表面，多個導(dǎo)向凸起2分別與多個目標(biāo)凹槽相匹配。在具體實施例中，導(dǎo)向凸起2的長度與外殼I的長度相同，在設(shè)置導(dǎo)向凸起2時，可以按間隔180°來設(shè)置，各導(dǎo)向凸起2可以呈半圓柱形。本實施例中，所稱目標(biāo)凹槽為商業(yè)測斜管內(nèi)的凹槽。
[0038]在優(yōu)選的實施例中，請參考圖1，該光纖光柵傾角傳感器結(jié)構(gòu)還包括:頂板6，與外殼I的頂端連接，一對等強度梁10的頂端分別與頂板6連接，頂板6上開設(shè)有貫穿其上下表面的頂板通孔7，頂板通孔7與空心圓筒的出纖通孔4連通。在具體實施例中，頂板6可以為矩形立方體，頂板通孔7優(yōu)選開設(shè)在頂板6的幾何中心位置。在可選的實施例中，在頂板6上開設(shè)與空心圓筒上層的螺釘通孔對應(yīng)的頂板螺紋孔，使用例如2個螺釘穿過螺釘通孔并擰在頂板螺紋孔中，實現(xiàn)頂板與外殼的固定。
[0039]在優(yōu)選的實施例中，請參考圖1，在外殼I的上表面上設(shè)置有環(huán)鉤3，在可選的實施例中，環(huán)鉤3優(yōu)選設(shè)置在外殼I的幾何中心位置。為了更好地實現(xiàn)頂板6與空心圓筒的固定，在優(yōu)選的實施例中，可以在外殼I上環(huán)鉤3的兩側(cè)開有螺釘通孔5，而后，在頂板6上開設(shè)頂板螺紋孔8，頂板螺紋孔8的位置分別與螺釘通孔5相對應(yīng)，以實現(xiàn)頂板6與空心圓筒的頂部固定;在頂板6兩個側(cè)面上分別開有至少一對側(cè)面螺紋孔9，以實現(xiàn)頂板6與一對等強度梁10的固定。在優(yōu)選的實施例中，環(huán)鉤3、兩個螺釘通孔5和導(dǎo)向凸起2的圓心在同一直線上。
[0040]在優(yōu)選的實施例中，請參考圖1，該光纖光柵傾角傳感器結(jié)構(gòu)還包括:底蓋16，底蓋16與外殼I的底端連接，以對空心圓筒進(jìn)行密封;底蓋16上開設(shè)有貫穿其上下表面的底蓋通孔17，底蓋通孔17與空心圓筒連通，作為可選的實施例，底蓋通孔17優(yōu)選開設(shè)在底蓋16的幾何中心。作為可選的實施例，底蓋16優(yōu)選為“凸”字形，底蓋16上部設(shè)置有外螺紋，可與外殼I下方的內(nèi)螺紋配合，底蓋16下部的外圓直徑和外殼I外徑相同，底蓋16和外殼I通過螺紋裝配后可將外殼I封閉。在底蓋16下表面幾何中心處也設(shè)置有環(huán)鉤，在底蓋16下表面的環(huán)鉤的位置設(shè)置有底蓋通孔17。
[0041 ]在具體實施時，為實現(xiàn)各部件的配合連接，可以在各部件上開設(shè)或者設(shè)置相應(yīng)的連接件。作為例子，兩個等強度梁10的頂端設(shè)置有與頂板6的側(cè)面螺紋孔9匹配的頂端通孔U，等強度梁10的底端設(shè)置有底端通孔12。重物13上下表面的中心設(shè)置有重物通孔14，兩個側(cè)面設(shè)置分別有與底端通孔12配合的重物螺紋孔15，通過重物螺紋孔15和底端通孔12實現(xiàn)重物與等強度梁10的固定。
[0042]請參考圖2，本實施例還公開了一種光纖光柵傾角傳感器，包括:上述實施例公開的光纖光柵傾角傳感器結(jié)構(gòu)以及一對光纖光柵(FBG1和FBG2)，該一對光纖光柵(FBGUPFBG2)分別設(shè)置在一對等強度梁10的光纖光柵放置位。在具體實施例中，將兩個光纖光柵(FBGl和FBG2)串接在一根光纖上，具體地，例如，將光纖光柵FBGl粘貼在左側(cè)的等強度梁1的內(nèi)表面，將光纖光柵FBG2粘貼在右側(cè)的等強度梁10的內(nèi)表面，或者將光纖光柵FBGl粘貼在左側(cè)的等強度梁10的外表面，將光纖光柵FBG2粘貼在右側(cè)的等強度梁10的外表面。然后將粘貼有光纖光柵的兩個等強度梁10通過螺釘固定在頂板6的兩個側(cè)面，再使用螺釘將頂板6固定在外殼I內(nèi)部。光纖光柵FBGl和光纖光柵FBG2的兩段尾纖18，上端的尾纖18依次穿過頂板通孔7和出纖通孔4后引出至外殼I的外部，下端的尾纖18依次穿過重物通孔14和底蓋通孔17后引出至底蓋16的外部，最后將底蓋16上部的外螺紋擰入外殼I下方的內(nèi)螺紋，實現(xiàn)外殼I的封閉。
[0043]本實施例公開的光纖光柵傾角傳感器的工作原理為:當(dāng)光纖光柵傾角傳感器沿外殼I的軸向豎直放置時，設(shè)置為無傾斜狀態(tài)；當(dāng)光纖光柵傾角傳感器產(chǎn)生傾斜值(傾角)θ時，兩個等強度梁10在重物13的重力作用下發(fā)生彎曲變形，如果粘貼在左側(cè)等強度梁10表面的光纖光柵FBGl受到正應(yīng)變作用后，波長漂移量為AA1，粘貼在右側(cè)等強度梁10表面的光纖光柵FBG2則受到大小相同的負(fù)應(yīng)變，波長漂移量為Δλ2，反之，如果光纖光柵FBGl受到負(fù)應(yīng)變，則光纖光柵FBG2將受到正應(yīng)變。將FBGl和FBG2的波長漂移量的差值信息Δ λ12= Δ A1- Δλ2，用于檢測傾斜值Θ JBGl與FBG2的波長漂移大小相等但方向相反，將波長漂移量的差值信息AA12=AA1-為傳感器的輸出信號，不但提高了測量靈敏度，而且，由環(huán)境溫度變化帶來的波長同向、等值漂移經(jīng)差值后消除。在實驗室里，將光纖光柵傾角傳感器固定在傾角標(biāo)定臺上后，將兩個光纖光柵的接入信號解調(diào)儀器中，監(jiān)視FBGl和FBG2的波長漂移量的差值信號A A12=AA1-Δλ2。傾角標(biāo)定臺設(shè)置多個不同的傾斜狀態(tài)，獲得不同的傾斜值Θ和Δ λ12的對應(yīng)關(guān)系后，將傾斜值設(shè)置為X軸，Δ λ12設(shè)置為Y軸，通過曲線擬合，即可得出Θ與Αλ12的函數(shù)關(guān)系。
[0044]本實施例還公開了一種分布式變形測量裝置，包括:級聯(lián)的η個上述的光纖光柵傾角傳感器，其中，η為大于或等于2的整數(shù);本級傳感器的外殼I的底端通過繩索連接至下級傳感器的外殼I的頂端;各光纖光柵的尾纖串接于同一光纖;商業(yè)測斜管20，具有中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有用于對η個光纖光柵傾角傳感器進(jìn)行導(dǎo)向的凹槽，商業(yè)測斜管20用于承載上述級聯(lián)的η個光纖光柵傾角傳感器。在可選的實施例中，商業(yè)測斜管20內(nèi)部的凹槽與傳感器的導(dǎo)向凸起2匹配，以配合實現(xiàn)對η個光纖光柵傾角傳感器進(jìn)行導(dǎo)向。作為示例，請參考圖3a和圖3b，n個光纖光柵傾角傳感器相互連接，利用若干段優(yōu)選等長度為L的鋼絲繩19的一端綁扎在某一傳感器外殼I上的環(huán)鉤3上，鋼絲繩19的另一端綁扎在另一傳感器底蓋16上的環(huán)鉤3上，實現(xiàn)傳感器之間的連接，當(dāng)然，在其它實施例中，也可以是不等長的鋼絲繩19。各個傳感器引出的尾纖18通過光纖焊接機(jī)的焊接后實現(xiàn)串接，并保證位于兩個傳感器之間的串接后的尾纖18的長度大于鋼絲繩的長度。每個光纖光柵傾角傳感器里面的光纖光柵(例如FBG1、FBG2)的中心波長值均不同，串接后的尾纖信號接入信號解調(diào)儀器后，可查看各傳感器的波長信號。
[0045]本實施例還公開了一種采用上述分布式變形測量裝置實現(xiàn)的分布式變形測量方法，請參考圖3a和3b，工程應(yīng)用時，先將商業(yè)測斜管20豎直埋入邊坡、豎直綁定在高層建筑等監(jiān)測對象中，然后互相連接的η個光纖光柵傾角傳感器逐個的沿商業(yè)測斜管20內(nèi)的凹槽(目標(biāo)凹槽)放入，位于最上端的一個光纖光柵傾角傳感器懸掛固定后，則所有的光纖光柵傾角傳感器都由鋼絲繩懸掛在商業(yè)測斜管20內(nèi)部，最后把光纖光柵的尾纖18接入信號解調(diào)儀器。當(dāng)商業(yè)測斜管20隨著監(jiān)測對象變形時，各個光纖光柵傾角傳感器的波長漂移量差值信號Δ λ12= Δ A1- Δ &發(fā)生變化，根據(jù)標(biāo)定得到的Θ與Δ λ12的函數(shù)關(guān)系，換算出各個光纖光柵傾角傳感器所處位置的傾斜值Θ，最后結(jié)合本申請?zhí)峁┑姆植际阶冃螠y量裝置的測量方法，得到每個傳感器所在位置的水平變形位移，實現(xiàn)不同深度處水平變形的分布式測量。請參考圖4，為本實施例分布式變形測量方法流程圖，該測量方法包括如下步驟:
[0046]步驟S100，光纖光柵傾角傳感器傾角采集。采集每個光纖光柵傾角傳感器的信號得到各光纖光柵傾角傳感器反饋的傾角Θ，具體地，采集第i+Ι個光纖光柵傾角傳感器的信號得到第i+Ι個光纖光柵傾角傳感器反饋的傾角θ1+1，其中，i為整數(shù)，且l<i<n。需要說明的是，在具體實施例中，也需要采集第I個光纖光柵傾角傳感器的信號得到第I個光纖光柵傾角傳感器反饋的傾角9:。本實施例中，可以自商業(yè)測斜管20的底部向頂端對各光纖光柵傾角傳感器進(jìn)行編號，當(dāng)然，也可以反之編號。
[0047]步驟S200，相對長度獲取。獲取第i+ Ι個光纖光柵傾角傳感器相對于第i個光纖光柵傾角傳感器的相對長度L。在優(yōu)選的實施例中，可以各傳感器之間的相對長度可以相等，例如長度為L，第I個光纖光柵傾角傳感器相對于商業(yè)斜管20的底部的長度也可以為L。
[0048]步驟S300，相對水平位移計算。根據(jù)第i+Ι個光纖光柵傾角傳感器反饋的傾角θ1+1和相對長度L得到第i+Ι個光纖光柵傾角傳感器相對于第i個光纖光柵傾角傳感器的相對水平位移di+i，在具體實施例中，可以忽略光纖光柵傾角傳感器自身的高度，并將每兩個傳感器之間L長的商業(yè)測斜管看作剛性體，由此，可以采用如下公式計算相對水平位移d1+1:d1+1= Lsin0i+1。在其它實施例中，對于第I個光纖光柵傾角傳感器的相對水平位移cU，也可以采用上述公式計算得出，具體地，(Ii = LsinQ1。由此，可以依次依據(jù)0^02......θη計算得到d1、
d2......dno
[0049]步驟S400，水平變形位移累加。累加第I個至第i+ Ι個光纖光柵傾角傳感器相對于前一個光纖光柵傾角傳感器的相對水平位移，得到第i + Ι個光纖光柵傾角傳感器所在位置相對于分布式變形測量裝置末端(即商業(yè)測斜管20的底部)的水平變形位移D1+1，由此可以分別得……Dn。需要說明的是，本實施例中，第I個光纖光柵傾角傳感器所在位置相對于分布式變形測量裝置末端(即商業(yè)斜管20的底部)的水平變形位移DdP為該傳感器的相對水平位移di。
[0050]本實施例公開的分布式變形測量裝置、方法與光纖光柵傳感器及其結(jié)構(gòu)，由于在外殼內(nèi)相對側(cè)上設(shè)置一對等強度梁，等強度梁的內(nèi)表面或者外表面上的相對側(cè)設(shè)置有光纖光柵放置位，并且，一對等強度梁分別與重物的兩端固定，從而在發(fā)生傾斜時，在該重物的作用下，使得該一對等強度梁發(fā)生形變，通過放置在光纖光柵放置位上的光纖光柵可以采集到該傾斜值，由于光纖光柵放置位在相對側(cè)，從而使得在變形時，光纖光柵放置位中一個受正應(yīng)變作用，另一個受負(fù)應(yīng)變作用，因此，能夠減少檢測過程中的溫度誤差，繼而，提高了光纖光柵傾角傳感器的檢測精度。
[0051 ]在優(yōu)選的實施例中，在外殼的外表面設(shè)置多個導(dǎo)向凸起，該多個導(dǎo)向凸起分別與多個目標(biāo)凹槽相匹配，從而，使得光纖光柵傾角傳感器能夠更好地貼合在目標(biāo)商業(yè)斜管中，并且能夠按照多個目標(biāo)凹槽形成的目標(biāo)軌跡進(jìn)行移動。
[0052]在優(yōu)選的實施例中，在頂板上開設(shè)有貫穿其上下表面的出纖通孔，出纖通孔與空心圓筒連通，在底蓋上開設(shè)有貫穿其上下表面的底蓋通孔，底蓋通孔與空心圓筒連通，從而使得設(shè)置在空心圓筒內(nèi)的光纖光柵能夠通過該出纖通孔或者底蓋通孔與上級光纖光柵或者下級光纖光柵進(jìn)行串接，實現(xiàn)光纖光柵的復(fù)用。
[0053]對于分布式變形測量裝置，由于級聯(lián)了η個光纖光柵傾角傳感器，從而，使得該分布式變形測量裝置能夠置放在較長的商業(yè)斜管中，對商業(yè)斜管內(nèi)各個目標(biāo)區(qū)域的變形傾斜進(jìn)行檢測。
[0054]此外，當(dāng)某一次測量工程結(jié)束后，即使商業(yè)測斜管因固定或者埋入測量對象后無法取出，級聯(lián)的η個光纖光柵傾角傳感器則可從商業(yè)測斜管中取出，再次使用時，只需要設(shè)置另外的商業(yè)測斜管，再將級聯(lián)的η個光纖光柵傾角傳感器放入測斜管中，從而，使得級聯(lián)的傳感器能夠重復(fù)使用，節(jié)約了測量成本。
[0055]在優(yōu)選的實施例中，頂板的上表面上設(shè)置有環(huán)鉤，底蓋的下表面上設(shè)置有環(huán)鉤，從而使得上下級的光纖光柵傾角傳感器能夠分別通過這些環(huán)鉤進(jìn)行機(jī)械串接。
[0056]本實施例提供的光纖光柵原理分布式變形測量裝置，采用光信號傳輸，傳輸距離遠(yuǎn)，不受自然界電磁干擾影響，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，可遠(yuǎn)程實時在線監(jiān)測，克服了傳統(tǒng)的電信號測量儀器極易受到電磁干擾的影響。
[0057]本實施例提供的光纖光柵傾角傳感器組成的測量裝置，根據(jù)光纖光柵傾角傳感器測量得到的傾斜值Θ來計算變形值，光纖光柵傾角傳感器可在實驗室開展標(biāo)定測試，對傾斜值Θ實現(xiàn)準(zhǔn)確測量，與現(xiàn)有的根據(jù)光纖光柵感知到的商業(yè)測斜管表面的彎曲應(yīng)變來推導(dǎo)出傾斜值Θ、再推導(dǎo)出變形值的技術(shù)相比較，消除了推導(dǎo)傾斜值Θ過程中的誤差，使變形值測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0058]本實施例提供的光纖光柵傾角傳感器組成的測量裝置，在某一工程監(jiān)測結(jié)束后，由鋼絲繩連接起來的光纖光柵傾角傳感器可以從商業(yè)測斜管中提升后取出，只需在其他要監(jiān)測的工程中埋入新的商業(yè)測斜管，將鋼絲繩連接的光纖光柵傾角傳感器再次放入新商業(yè)測斜管中，可繼續(xù)開展監(jiān)測，實現(xiàn)了可重復(fù)利用，降低了成本。
[0059]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項】
1.一種光纖光柵傾角傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 外殼(I)，所述外殼(I)為底端開放的空心圓筒； 一對等強度梁(10)，分別設(shè)置在所述外殼(I)內(nèi)相對側(cè)，所述一對等強度梁(10)的內(nèi)表面或者外表面上的相對側(cè)設(shè)置有光纖光柵放置位； 重物(13)，設(shè)置在所述外殼(I)的底部，所述重物(13)的兩端分別與所述一對等強度梁(10)固定。2.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵傾角傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括:多個導(dǎo)向凸起(2)，所述多個導(dǎo)向凸起(2)設(shè)置在所述外殼(I)的外表面;所述多個導(dǎo)向凸起(2)分別與多個目標(biāo)凹槽相匹配。3.如權(quán)利要求1或2所述的光纖光柵傾角傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 頂板(6)，與所述外殼(I)的頂端連接，所述一對等強度梁(10)的頂端分別與所述頂板(6)連接; 所述頂板(6)上開設(shè)有貫穿其上下表面的頂板通孔(7)，所述頂板通孔(7)與所述空心圓筒的出纖通孔(4)連通。4.如權(quán)利要求3所述的光纖光柵傾角傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外殼(I)的上表面上設(shè)置有環(huán)鉤。5.如權(quán)利要求3所述的光纖光柵傾角傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 底蓋(16)，與所述外殼(I)的底端連接，以對所述空心圓筒進(jìn)行密封； 所述底蓋(16)上開設(shè)有貫穿其上下表面的底蓋通孔(17)，所述底蓋通孔(17)與所述空心圓筒連通。6.如權(quán)利要求5所述的光纖光柵傾角傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述底蓋(16)的下表面上設(shè)置有環(huán)鉤。7.一種光纖光柵傾角傳感器，其特征在于，包括: 如權(quán)利要求1-6任意一項所述的光纖光柵傾角傳感器結(jié)構(gòu)； 一對光纖光柵，分別設(shè)置在所述一對等強度梁(10)的光纖光柵放置位。8.一種分布式變形測量裝置，其特征在于，包括: 級聯(lián)的η個如權(quán)利要求7所述的光纖光柵傾角傳感器，所述η為大于或等于2的整數(shù);本級傳感器的外殼(I)的底端通過繩索連接至下級傳感器的外殼(I)的頂端； 各光纖光柵的尾纖串接于同一光纖； 商業(yè)測斜管(20)，為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有用于對η個所述光纖光柵傾角傳感器進(jìn)行導(dǎo)向的凹槽，用于承載所述級聯(lián)的η個所述的光纖光柵傾角傳感器。
【文檔編號】G01B11/16GK205691078SQ201620639760
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月23日 公開號201620639760.1, CN 201620639760, CN 205691078 U, CN 205691078U, CN-U-205691078, CN201620639760, CN201620639760.1, CN205691078 U, CN205691078U
【發(fā)明人】郭永興, 孔建益, 付建軍, 王興東, 秦麗, 李公法, 李鵬
【申請人】武漢科技大學(xué)