一種基于光纖光柵傳感器的土體內(nèi)部變形的測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種采用光纖光柵傳感器間接測(cè)量變形梁表面變形的裝置及方法，特 別是涉及到一種基于光纖光柵技術(shù)的應(yīng)變傳感器及溫度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?，送種智能變形梁 能安裝在建筑物的表面和內(nèi)部，測(cè)量±木建筑結(jié)構(gòu)中鋼筋、混凝±或者其他結(jié)構(gòu)的變形。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的位移計(jì)可W測(cè)量結(jié)構(gòu)物表面的位移，但是無法測(cè)量連續(xù)變形W及結(jié)構(gòu)物內(nèi) 部的位移。結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的老化、損壞等大都是由內(nèi)部裂紋開始進(jìn)而擴(kuò)展到表面，因此，本發(fā) 明可W及早的探測(cè)到結(jié)構(gòu)物或者±體內(nèi)部的變形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決上述問題而提供的一種基于光纖光柵傳感器的±體變 形測(cè)量系統(tǒng)。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是；一種光纖光柵傳感器陣列，彈性 變性梁，保護(hù)涂層。
[0005] 所述變性梁材料采用樹脂材質(zhì)。
[0006] 所述變性光纖光柵工作原理如下；對(duì)于光纖光柵傳感器陣列，變形引起的不同位 置的FBG布拉格光柵波長(zhǎng)的漂移，波長(zhǎng)漂移與應(yīng)變的關(guān)系如下：
式中，為波長(zhǎng)變化值，為波長(zhǎng)值，化為光纖的光彈系數(shù)，Δ f為應(yīng)變變化值， α為光纖的熱光系數(shù)，Δ7為溫度變化值。
[0007] 彈性梁埋入±體后，隨著±體一起變形，彈性梁的變形會(huì)引起梁表面光柵傳感器 產(chǎn)生拉伸或壓縮，進(jìn)而產(chǎn)生應(yīng)變，通過光纖光柵傳感器的應(yīng)變得到變性梁的彎曲應(yīng)變軸向 應(yīng)變分別如下：
式中，f /和f/分別是軸向應(yīng)變和彎曲應(yīng)變，f,3和f,&為變性梁上下表面對(duì)稱位 置處的應(yīng)變值，由公式（1)可W求得。
[0008] 根據(jù)彈性力學(xué)變形梁理論，彈性梁的位移與表面應(yīng)變的關(guān)系如下：
式中，f /片?)為在彈性梁表面Z位置處t時(shí)刻的彎曲應(yīng)變值，由公式（2)求得;r為 彈性梁的厚度；Kb, 0為Z位置處t時(shí)刻時(shí)彈性梁的位移值。
[0009] 進(jìn)一步的，上述在變性梁上下表面的光柵同時(shí)受到相同溫度的影響，因此通過公 式（2b)計(jì)算時(shí)，溫度的效應(yīng)能夠自動(dòng)消除，因此本發(fā)明中采用上下兩個(gè)表面的對(duì)稱布置光 纖光柵陣列能夠?qū)崿F(xiàn)溫度的自動(dòng)補(bǔ)償。
[0010] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于： 1、能夠解決±體內(nèi)部位移無法測(cè)量的問題。2、傳感器測(cè)量精度高，安全性高，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn) 單。3、具有抗電磁干擾W及耐腐蝕，并且不存在水中短路的問題。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面就結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。
[0013] 參考圖1，該光纖光柵傳感器的±體內(nèi)部變形的測(cè)量系統(tǒng)包括柔性變性梁1、光纖 光柵傳感器2、變性梁固定支座3和光柵解調(diào)系統(tǒng)4。
[0014] 柔性變性梁1端部固定于支座2上形成一個(gè)端部固定的懸臂梁結(jié)構(gòu)。該懸臂梁結(jié) 構(gòu)置于±體中，在端部約束的情況下，彈性梁隨著±體一起變形，形成懸臂梁結(jié)構(gòu)，從而能 夠感知±體的變形。
[0015] 本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵變形梁，其特征在于：改集成溫度自補(bǔ)償?shù)淖冃瘟?包括光纖光柵傳感器（1)，變形梁（2)，基座（3)和光纖（4); 所述光纖光柵傳感器（1)由同型號(hào)的單模光纖不同波長(zhǎng)的兩根光柵（1〇1、1〇2)構(gòu)成； 所述變形梁（2)為高彈性的樹脂梁； 所述基座（3)為帶通道的金屬方塊； 所述光纖（4)為帶接頭（AC/APC)的單模光纖； 工作狀態(tài)下，高彈性的樹脂梁一段解除于被測(cè)物體表面，與被測(cè)物體一起變形，帶動(dòng)樹 脂梁的變形，從而使光纖光柵的變形。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵變形梁，其特征在于，該集成溫 度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵變形梁在軸心對(duì)稱位置有兩個(gè)細(xì)小的凹槽（7)，所述凹槽用于安裝和 保護(hù)光纖光柵傳感器，從而光纖光柵傳感器可以保護(hù)和安裝在變形梁的上下兩側(cè)面。3. -種監(jiān)測(cè)位移的方法，其特征在于：它是利用要求1所述的光纖光柵傳感器實(shí)現(xiàn)監(jiān) 測(cè)位移的方法，其具體方法是：準(zhǔn)備好所需數(shù)量的光纖光柵傳感器、配套測(cè)試設(shè)備（10)以 及連接光纖；將光纖光柵傳感器等距離的連接在一根光纖線；然后將連接好的光纖用高強(qiáng) 度樹脂粘貼在變形梁（2)的表面凹槽內(nèi)，其余部分的光纖線連接在采集儀器（10)上，開啟 測(cè)量設(shè)備，監(jiān)測(cè)光纖光柵波長(zhǎng)的變化，變形梁的變形引起光纖光柵傳感器的變形，通過測(cè)量 儀器量測(cè)光纖光柵波長(zhǎng)的變化，根據(jù)波長(zhǎng)變化與變形梁的變形的標(biāo)定方程，得出變形梁的 變形位移。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光纖光柵傳感器，其特征在于：所述光纖光柵傳感器的 工作原理為：利用激光器在光纖內(nèi)部刻寫一定長(zhǎng)度的光柵柵區(qū)，當(dāng)光纖調(diào)諧器發(fā)生一定頻 段的入射光到光柵時(shí)，當(dāng)光柵的溫度或者應(yīng)變發(fā)生變化時(shí)，光柵柵距會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，導(dǎo) 致反射回的波長(zhǎng)發(fā)生漂移。5. 波長(zhǎng)的飄移與溫度和應(yīng)變之間的關(guān)系如下：式中，為波長(zhǎng)變化值，為波長(zhǎng)值，/?為光纖的光彈系數(shù)，Δ ￡為應(yīng)變變化值， α為光纖的熱光系數(shù)，Λ r為溫度變化值。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光纖光柵傳感器，其特征在于：所述光纖光柵傳感器固 定在變性梁的表面凹槽中，形成一個(gè)整體。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種土體內(nèi)部變形測(cè)量系統(tǒng)，尤其是一種基于光纖光柵傳感器的變形傳感梁以及測(cè)量土體內(nèi)部位移的系統(tǒng)，屬于傳感器測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的光纖光柵傳感梁構(gòu)成的懸臂結(jié)構(gòu)的彈性梁；彈性梁的兩側(cè)有細(xì)槽，兩根不同波長(zhǎng)的光纖光柵傳感器可以安放在細(xì)槽內(nèi)。彈性梁的一端固定，另一端連接在要測(cè)量的位置；彈性梁，基座以及夾持件構(gòu)成一個(gè)懸臂梁受力結(jié)構(gòu)；工作狀態(tài)下，當(dāng)彈性梁變形時(shí)，引起光纖光柵的變形，通過采集系統(tǒng)能夠得到光纖光柵的變形情況。發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1、傳感器精度高，安全性高，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。2、能夠測(cè)量土體內(nèi)部的連續(xù)位移。
【IPC分類】G01B11/16
【公開號(hào)】CN105627940
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410579455
【發(fā)明人】徐東升
【申請(qǐng)人】徐東升
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2014年10月27日