[發(fā)明專利]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

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410579455.3
• 申請(qǐng)日: 2014-10-27
• 公開（公告）號(hào): CN105627940A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐東升
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 徐東升
• 主分類號(hào): G01B11/16
• 分類號(hào): G01B11/16
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

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ǎ@種智能變形梁能安裝在建筑物的表面和內(nèi)部，測(cè)量土木建筑結(jié)構(gòu)中鋼筋、混凝土或者其他結(jié)構(gòu)的變形。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的位移計(jì)可以測(cè)量結(jié)構(gòu)物表面的位移，但是無(wú)法測(cè)量連續(xù)變形以及結(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)明可以及早的探測(cè)到結(jié)構(gòu)物或者土體內(nèi)部的變形。

發(fā)明內(nèi)容

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土體變形測(cè)量系統(tǒng)。

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。

所述變性梁材料采用樹脂材質(zhì)。

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：

(1)

式中，Δλ_B為波長(zhǎng)變化值，λ_B為波長(zhǎng)值，Pe為光纖的光彈系數(shù)，Δε為應(yīng)變變化值，α為光纖的熱光系數(shù)，ΔT為溫度變化值。

彈性梁埋入土體后，隨著土體一起變形，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：

(2a)

(2b)

式中，ε_i^A和ε_i^B分別是軸向應(yīng)變和彎曲應(yīng)變，ε_ia和ε_ib為變性梁上下表面對(duì)稱位置處的應(yīng)變值，由公式（1）可以求得。

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：

(3)

式中，ε_i^B(z,t)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；v(z,t)為z位置處t時(shí)刻時(shí)彈性梁的位移值。

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。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、能夠解決土體內(nèi)部位移無(wú)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、具有抗電磁干擾以及耐腐蝕，并且不存在水中短路的問題。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明示意圖。

具體實(shí)施方式

下面就結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。

參考圖1，該光纖光柵傳感器的土體內(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。

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)置于土體中，在端部約束的情況下，彈性梁隨著土體一起變形，形成懸臂梁結(jié)構(gòu)，從而能夠感知土體的變形。

本發(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。