[發明專利]一種光纖光柵串接方式下的光纖光柵位移計

有效

• 申請號: 201710120510.6
• 申請日: 2017-03-02
• 公開（公告）號: CN106705865B
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 袁長豐;王臣;李聰明;陳楊
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 黃曉敏;于正河

1.一種光纖光柵串接方式下的光纖光柵位移計，其特征在于主體結構包括第一探桿、第一墊塊、第一彈簧、第二墊塊、等強度梁、第一光纖光柵、第二光纖光柵、第三墊塊、第二探桿、第四墊塊、第二彈簧、第五墊塊、懸臂梁、第三光纖光柵、第四光纖光柵、第一尾纖、第二尾纖、位移計固定裝置和殼體開口；第一墊塊和第二墊塊固定在與L形結構的位移計固定裝置采用無摩擦滑動軌道相連的位移計殼體上，第一彈簧的兩端分別固定安裝有第一墊塊和第二墊塊，第一彈簧安裝有第二墊塊的一端固定在等強度梁上，另一端與第一探桿相連接，第一探桿和待測建筑物相連，等強度梁與第二墊塊采用無摩擦滑動軌道相連，使等強度梁在豎直方向上產生位移，第一光纖光柵和第二光纖光柵采用軍用膠J133分別對稱粘貼在等強度梁的正面和反面，等強度梁粘貼有第二光纖光柵的一側下端固定安裝有第三墊塊；位移計固定裝置采用軍用膠J133粘貼在待測建筑物上；懸臂梁采用軍用膠J133水平固定在位移計殼體上，第三光纖光柵和第四光纖光柵采用軍用膠J133分別對稱粘貼在懸臂梁的正面和反面，第二彈簧的上下兩端分別固定安裝有第五墊塊和第四墊塊，第二彈簧安裝有第五墊塊的一端固定在懸臂梁上，另一端與第二探桿相連接，第二探桿垂直安裝在位移計固定裝置的水平方向上，第二光纖光柵、第一光纖光柵、第三光纖光柵和第四光纖光柵依次采用光纜串接并經過殼體開口引出，連接第一光纖光柵和第三光纖光柵的光纜穿過懸臂梁；第一尾纖與連接第四光纖光柵的光纜連接，第二尾纖與連接第二光纖光柵的光纜連接。

2.根據權利要求1所述光纖光柵串接方式下的光纖光柵位移計，其特征在于所述第一尾纖為不同波長的光載波信號發送端，與復用器相連并發射紅色和藍色兩種不同波長的光載波，其中紅色光載波用于測量待測建筑物的水平位移，藍色光載波用于測量待測建筑物的沉降；光載波經復用器匯合在一起并耦合到光纖路中同一根光纖中進行傳輸；第二尾纖為光纖的接收端，與分波器相連，第二尾纖經分波器將各種波長的光載波進行分離，然后由外接的光接收機進一步處理恢復信號。

3.根據權利要求1所述光纖光柵串接方式下的光纖光柵位移計，其特征在于工作時，外接產生的位移量經第二探桿和第二彈簧輸入懸臂梁，輸入的位移量使懸臂梁發生變形，懸臂梁的變形量引起粘貼在其正反兩面的第三光纖光柵和第四光纖光柵發生形變并產生相應的應變值；然后檢測兩個光纖光柵感變形而發生的波長漂移并進行計算得到輸入位移量，具體計算過程為：

(a)由于兩個光纖光柵對稱貼在懸臂梁的兩側能實現溫度的自補償，故兩個光纖光柵的工作環境溫度是相同的，那么光柵波長的漂移公式為：

式中：Δλ_B1為懸臂梁正面光纖光柵中心波長的漂移量；Δλ_B2為懸臂梁反面光纖光柵中心波長的漂移量；λ_B1為懸臂梁正面光纖光柵內布拉格諧振波長；λ_B2為懸臂梁反面光纖光柵內布拉格諧振波長；P為有效彈光系數；ε為懸臂梁一點處的應變值；

(b)設懸臂梁固定端的寬度為b，梁長為l，梁高為h，梁的彈性模量為E，則梁自由端撓度δ和梁自由端所受力F之間的關系為：

懸臂梁各點應變值ε和梁自由端所受力F之間的關系為：

將(3)式帶入(2)式可得：

(c)如外界有位移量x經第二探桿輸入位移計，則有如下關系式：

δ＝x (5)

由(4)和(5)可知：

將公式(6)變形帶入公式(1)可以得出位移與波長之間的關系，如下：