一種分布式光纖光柵測斜裝置及測斜方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分布式光纖光柵測斜裝置及測斜方法。所述分布式光纖光柵測斜裝置包括內(nèi)連接管，固定在內(nèi)連接管內(nèi)的光纖光柵傾角傳感器，以及與光纖光柵傾角傳感器相連的光纜；所述光纖光柵傾斜傳感器包括有具有內(nèi)腔的基座，第一光纖光柵和第二光纖光柵；所述基座頂部固定有懸臂擺，下端為自由端的懸臂擺上固定有第一光纖光柵；所述基座下部固定有第二光纖光柵，該第二光纖光柵懸空設(shè)置，且第二光纖光柵的兩端固定在所述基座上；所述第一光纖光柵和第二光纖光柵通過光纜串接相連。本發(fā)明能抗電磁干擾、實(shí)現(xiàn)精確地遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測。
【專利說明】
一種分布式光纖光柵測斜裝置及測斜方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種分布式光纖光柵測斜裝置及測斜方法，屬于傳感檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傾斜監(jiān)測在高陡邊坡、高層建筑等領(lǐng)域非常重要，可根據(jù)到傾斜值來分析監(jiān)測對象的穩(wěn)定狀態(tài)。傳統(tǒng)的電磁信號類傾角測量儀器存在著信號抗電磁干擾差、引線不宜遠(yuǎn)距離傳輸、多個傳感器測點(diǎn)之間引線過多等缺陷，導(dǎo)致在對位于野外環(huán)境中的邊坡、鐵塔等的傾斜測量時，需要工作人員攜帶儀器定時奔赴現(xiàn)場開展監(jiān)測，費(fèi)時費(fèi)力，且無法實(shí)時監(jiān)測，這對工作人員的工作效率和監(jiān)測結(jié)果的有效性都極為不利。
[0003]光纖光柵傳感具備抗電磁干擾，信號可遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)勢，基于光纖光柵傳感的測斜技術(shù)發(fā)展迅速，現(xiàn)有的方法是將多個光纖光柵沿著一根圓柱桿的軸向長度方向等距離地分布式粘貼在圓柱桿的外表面，將粘貼有光纖光柵的圓柱桿豎直埋入邊坡或者綁在高層建筑上，圓柱桿隨著邊坡或者高層建筑的彎曲而產(chǎn)生表面應(yīng)變，光纖光柵測量應(yīng)變，再將光柵測量的應(yīng)變由理論力學(xué)和材料力學(xué)知識反推出圓柱桿的傾斜情況，這種方法的缺陷是，沒法對布置有光纖光柵的圓柱桿開展標(biāo)定測試，只是根據(jù)理論來反推出傾斜，誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種分布式光纖光柵測斜裝置，該測斜裝置能抗電磁干擾、精確地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種分布式光纖光柵測斜裝置，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，包括內(nèi)連接管，固定在內(nèi)連接管內(nèi)的光纖光柵傾角傳感器，以及與光纖光柵傾角傳感器相連的光纜;所述光纖光柵傾斜傳感器包括有具有內(nèi)腔的基座，第一光纖光柵和第二光纖光柵;所述基座頂部固定有懸臂擺，下端為自由端的懸臂擺上固定有第一光纖光柵;所述基座下部固定有第二光纖光柵，該第二光纖光柵懸空設(shè)置，且第二光纖光柵的兩端固定在所述基座上;所述第一光纖光柵和第二光纖光柵通過光纜串接相連。
[0006]由此，所述第一光纖光柵用于測量傾斜角度，第二光纖光柵為第一光纖光柵提供溫度補(bǔ)償，由此，這種測斜裝置能抗電磁干擾、實(shí)現(xiàn)精確地遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還可以對本發(fā)明作進(jìn)一步的優(yōu)化，以下為優(yōu)化后形成的技術(shù)方案:
作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，所述基座內(nèi)自上而下具有第一臺階、第二臺階和第三臺階；所述第一光纖光柵的頂端固定在所述第一臺階上，所述第二光纖光柵的兩端分別固定在相應(yīng)的第二臺階和第三臺階上，且第二光纖光柵的主體懸空設(shè)置在第二臺階和第三臺階之間。進(jìn)一步地，基座外設(shè)有蓋板，所述蓋板上設(shè)有與基座上的密封螺紋孔一一對應(yīng)的蓋板孔，利用螺釘將所述蓋板固定于所述基座上，實(shí)現(xiàn)密封。
[0008]為了保護(hù)光纜，所述內(nèi)連接管的兩端固定套接有相應(yīng)的外套管。由此，光纜位于外套管內(nèi)，得到外套管的保護(hù)，光纜不易損壞。優(yōu)選地，所述外套管兩端設(shè)有通孔，所述內(nèi)連接管上設(shè)有固定孔，所述內(nèi)連接管可自由放入所述外套管內(nèi)，多根外套管可通過內(nèi)連接管和自攻螺絲串聯(lián)連接。
[0009]優(yōu)選地，所述懸臂擺包括懸臂梁和重物，該懸臂梁和重物為一體式結(jié)構(gòu)。懸臂梁用于在被測對象傾斜時隨之一同傾斜。
[0010]優(yōu)選地，該第一光纖光柵通過膠黏劑粘貼于所述懸臂梁的表面;所述第二光纖光柵的兩端通過膠黏劑固定于所述第二臺階和所述第三臺階的上表面。
[0011]進(jìn)一步地，所述第一光纖光柵和第二光纖光柵串聯(lián)于同一根光纖上。
[0012]為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時測量，多個光纖光柵傾斜傳感器通過所述光纜串聯(lián)連接。由此，多個傾斜測點(diǎn)可串聯(lián)在一起、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測。
[0013]為了提高測量精度，所述基座整體包括水平段和豎直段而呈倒L型，該基座的水平段朝向被測對象主要的傾斜方向。這樣設(shè)置的主要目的是為了更好地使懸臂擺的懸臂梁發(fā)生彎曲，從而測量更方便且準(zhǔn)確度最高。
[0014]基于同一個發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種利用上述分布式光纖光柵測斜裝置對邊坡或高層建筑進(jìn)行測斜的方法，其特征在于，包括如下步驟:
1)現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測前標(biāo)定光纖光柵傾斜傳感器，傾斜作用傳遞到懸臂擺上使懸臂擺彎曲，第一光纖光柵受到彎曲應(yīng)變的作用，波長產(chǎn)生變化，測試標(biāo)定出第一光纖光柵的波長變化量與傾斜角度的對應(yīng)關(guān)系；
2)通過標(biāo)定得出第一光纖光柵和第二光柵傳感器的溫度靈敏度比值K，將第一光纖光柵傳感器的波長變化量減去K倍的第二光柵傳感器的波長變化量，得出了由傾斜引起的第一光纖光柵的波長變化量；
3)現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測時，將監(jiān)測到的剔除溫度影響后僅被測對象傾斜引起的光纖光柵傾斜傳感器中第一光纖光柵的波長變化量，結(jié)合步驟I)中的第一光纖光柵的波長變化量與傾斜角度的對應(yīng)關(guān)系，即可得出的被測對象的傾斜角度。
[0015]優(yōu)選地，所述被測對象為邊坡或高層建筑。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:光纖光柵傾斜傳感器固定在內(nèi)連接管中并通過光纜串接，減少了信號引線數(shù)量;光纜可事先將多個光纖光柵傳感器和內(nèi)連接管串接在一起，在施工時便可逐一將帶有傳感器的內(nèi)連接管放入外套管中，再將外套管連接，便于現(xiàn)場施工;將多個光纖光柵傾斜傳感器、內(nèi)連接管、外套管裝配完畢后，安裝到監(jiān)測對象中，將引出信號光纜遠(yuǎn)距離鋪設(shè)至監(jiān)測站，可實(shí)現(xiàn)各個光纖光柵傾斜傳感器測點(diǎn)的實(shí)時監(jiān)測;與現(xiàn)有的人工通過纜繩將單個傳感器依次放入邊坡或者建筑物的不同深度處測得沿著不同位置處的傾斜值相比較，實(shí)時監(jiān)測更加便利;而且每個傳感器都可以在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定測試，如現(xiàn)有的直接在圓柱桿上粘貼光柵并通過理論反推得到傾斜的方法相比較，標(biāo)定測試后的傳感器測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0017]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖2為外套管結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為內(nèi)連接管結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為內(nèi)部安裝圖；
圖5為光纖光柵傾斜傳感器零件圖；
圖6為基座后視圖；
圖7為光纖光柵的布置示意圖；
圖8為光纖光柵傾斜傳感器的傾斜標(biāo)定測試結(jié)果圖。
[0019]在圖中:
1、外套管；1-1、通孔;2、內(nèi)連接管;2-1、固定孔;3、光纖光柵傾斜傳感器;4、光纜;3-1、基座;3-2、懸臂擺;3-3、蓋板;3-4、出纖孔;3-5、內(nèi)螺紋孔;3-6、密封螺紋孔;3_7、第一臺階；3-8、第二臺階;3-9、第三臺階;3-10、蓋板孔;3-11、外螺紋孔;3-12、第一光纖光柵;3-13、第二光纖光柵。
【具體實(shí)施方式】
[0020]—種分布式光纖光柵測斜裝置，如圖1至圖7所示，包括外套管1、內(nèi)連接管2、光纖光柵傾斜傳感器3和光纜4。光纖光柵傾斜傳感器3包括基座3-1、懸臂擺3-2和蓋板3-3，所述懸臂擺3-2由一體加工的懸臂梁和重物組成，第一光纖光柵3-12和第二光纖光柵3-13刻寫于同一根光纖上，將第一光纖光柵3-12通過膠黏劑粘貼于所述懸臂梁表面，懸臂擺3-2通過螺釘固定在內(nèi)螺紋孔3-5上，再將第二光纖光柵3-13兩端分別使用膠黏劑固定在第二臺階3-8和第三臺階3-9的上表面，位于第二臺階3-8和第三臺階3-9之間的第二光纖光柵3-13處于自由懸空狀態(tài)，第一光纖光柵3-12、第二光纖光柵3-13的尾端光纖經(jīng)過出纖孔3-4引出。最后蓋上蓋板3-3，采用螺釘穿過蓋板孔3-10后擰入密封螺紋孔3-6。多個光纖光柵傾斜傳感器3的尾端光纖與光纜4熔接，實(shí)現(xiàn)多個光纖光柵傾斜傳感器3的連接。將光纖光柵傾斜傳感器3放置于內(nèi)連接管2內(nèi)，采用兩個螺釘穿過內(nèi)連接管2上的固定孔2-1后擰入外螺紋孔3-11，實(shí)現(xiàn)將光纖光柵傾斜傳感器3固定在內(nèi)連接管2內(nèi)。多個外套管I經(jīng)過自攻螺絲穿過通孔1-1進(jìn)入內(nèi)連接管2的管壁內(nèi)后固定連接，形成一根分布式測點(diǎn)的光纖光柵測斜裝置。裝配好的分布式光纖光柵測斜裝置可以豎直埋入高邊坡內(nèi)部、捆綁在高層建筑或者鐵塔上，分布式光纖光柵測斜裝置隨著被測對象的傾斜而傾斜。
[0021]實(shí)時監(jiān)測之前，通過傾斜測試標(biāo)定光纖光柵傾斜傳感器3，傾斜作用傳遞到懸臂擺3-2上，懸臂擺3-2端部的重物的重力沿傾斜角度的分力引起懸臂梁的彎曲，第一光纖光柵3-12受到彎曲應(yīng)變的作用，波長產(chǎn)生變化，測試標(biāo)定出第一光纖光柵3-12的波長變化量與傾斜角度的對應(yīng)關(guān)系，通過溫度測試標(biāo)定得出第一光纖光柵3-12和第二光柵傳感器3-13的溫度靈敏度比值K，將第一光纖光柵傳感器3-12的波長變化量減去K倍的第二光柵傳感器3-13的波長變化量，剔除溫度變化引起的第一光纖光柵3-12的波長變化量，即得出了由傾斜引起的第一光纖光柵3-12的波長變化量。
[0022]現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測到的剔除溫度影響后僅被測對象傾斜引起的光纖光柵傾斜傳感器3中第一光纖光柵3-12的波長變化量，結(jié)合標(biāo)定測試得到的第一光纖光柵3-12的波長變化量與傾斜角度的對應(yīng)關(guān)系(圖8)，即可反推出的被測對象在該測點(diǎn)的傾斜角度，然后結(jié)合所有測點(diǎn)測量得出的傾斜角度，就可以得到被測對象沿高度方向的整體傾斜情況。
[0023]上述實(shí)施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實(shí)施例僅用于更清楚地說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落入本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種分布式光纖光柵測斜裝置，其特征在于，包括內(nèi)連接管(2)，固定在內(nèi)連接管(2)內(nèi)的光纖光柵傾角傳感器(3)，以及與光纖光柵傾角傳感器(3)相連的光纜(4);所述光纖光柵傾斜傳感器(3)包括有具有內(nèi)腔的基座(3-1)，第一光纖光柵(3-12)和第二光纖光柵Ο-? 3) ; 所述基座 (3-1) 頂部固定有懸臂擺(3-2) ， 下端為自 由端的懸臂擺(3-2)上固定有第一光纖光柵(3-12);所述基座(3-1)下部固定有第二光纖光柵(3-13)，該第二光纖光柵(3-13)懸空設(shè)置，且第二光纖光柵(3-13)的兩端固定在所述基座(3-1)上;所述第一光纖光柵Ο-?〗) 和第二光纖光柵 (3-13) 通過光纜 (4) 串接相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖光柵測斜裝置，其特征在于，所述基座(3-1)內(nèi)自上而下具有第一臺階(3-7)、第二臺階(3-8)和第三臺階(3-9);所述第一光纖光柵(3-12)的頂端固定在所述第一臺階(3-7)上，所述第二光纖光柵(3-13)的兩端分別固定在相應(yīng)的第二臺階(3-8)和第三臺階(3-9)上，且第二光纖光柵(3-13)的主體懸空設(shè)置在第二臺階(3-8)和第三臺階(3-9)之間。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分布式光纖光柵測斜裝置，其特征在于，所述內(nèi)連接管(2)的兩端固定套接有相應(yīng)的外套管(I)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分布式光纖光柵測斜裝置，其特征在于，所述懸臂擺(3-2)包括懸臂梁和重物，該懸臂梁和重物為一體式結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分布式光纖光柵測斜裝置，其特征在于，該第一光纖光柵Ο-?〗) 通過膠黏劑粘貼于所述懸臂梁的表面; 所述第二光纖光柵 (3-13) 的兩端通過膠黏劑固定于所述第二臺階(3-8)和所述第三臺階(3-9)的上表面。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的分布式光纖光柵測斜裝置，其特征在于，所述第一光纖光柵(3-12)和第二光纖光柵(3-13)串聯(lián)于同一根光纖上。7.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的分布式光纖光柵測斜裝置，其特征在于，多個光纖光柵傾斜傳感器(3)通過所述光纜(4)串聯(lián)連接。8.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的分布式光纖光柵測斜裝置，其特征在于，所述基座(3-1)整體包括水平段和豎直段而呈倒L型，該基座(3-1)的水平段朝向被測對象主要的傾斜方向。9.一種利用權(quán)利要求1-8之一所述分布式光纖光柵測斜裝置對被測對象進(jìn)行測斜的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測前標(biāo)定光纖光柵傾斜傳感器(3)，傾斜作用傳遞到懸臂擺(3-2)上使懸臂擺(3-2)彎曲，第一光纖光柵(3-12)受到彎曲應(yīng)變的作用，波長產(chǎn)生變化，測試標(biāo)定出第一光纖光柵(3-12)的波長變化量與傾斜角度的對應(yīng)關(guān)系； 2)通過標(biāo)定得出第一光纖光柵(3-12)和第二光柵傳感器(3-13)的溫度靈敏度比值K，將第一光纖光柵傳感器(3-12)的波長變化量減去K倍的第二光柵傳感器(3-13)的波長變化量，得出了由傾斜引起的第一光纖光柵(3-12)的波長變化量； 3)現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測時，將監(jiān)測到的剔除溫度影響后僅被測對象傾斜引起的光纖光柵傾斜傳感器(3)中第一光纖光柵(3-12)的波長變化量，結(jié)合步驟I)中的第一光纖光柵(3-12)的波長變化量與傾斜角度的對應(yīng)關(guān)系，即可得出的被測對象的傾斜角度。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述對被測對象進(jìn)行測斜的方法，其特征在于，所述被測對象為邊坡或高層建筑。
【文檔編號】G01C9/02GK105910580SQ201610503561
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】付建軍, 郭永興, 蔣武軍, 王恭興, 曹智
【申請人】中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司