[發明專利]基于杠桿原理的滑移面位移監測裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 202010736567.0
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111829440B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 朱正偉;易興;朱耘萱;肖旺
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 胡博文

1.一種基于杠桿原理的滑移面位移監測裝置，其特征在于：包括剛性杠桿，所述剛性杠桿設置有支點；

還包括具有彈性輸入組件和彈性輸出組件，所述彈性輸入組件和彈性輸出組件均設置有光學位移測量器件，所述彈性輸入組件分別連接于剛性杠桿的輸入測量臂和滑移區域，所述彈性輸出組件連接于剛性杠桿的輸出測量臂；

所述彈性輸入組件包括輸入彈簧，所述輸入彈簧的一端固定連接于滑移面的待測點，輸入彈簧的另一端與剛性杠桿的輸入測量臂連接；

所述彈性輸出組件包括輸出彈簧，所述輸出彈簧的一端固定，輸出彈簧的另一端與剛性杠桿的輸出測量臂連接；

其中，滑移面位移包括滑移面在橫向的位移量ΔL_x和縱向的位移量ΔL_y，并通過如下方式計算：

其中，L₄表示輸入彈簧未受力的初始長度，ΔL₄表示待測目標的總位移，θ為待測目標與剛性杠桿的輸入測量臂的力的方向的夾角；α為輸入測量臂和輸出力臂轉過的角度值；L₂表示輸入測量臂的長度；

總位移ΔL₄通過如下方法確定：

其中，D₂為輸入彈簧的中徑，d₂為輸入彈簧線徑，ρ₂為輸入光纖的曲率半徑，n₂為輸入彈簧的等節距圈數。

2.根據權利要求1所述基于杠桿原理的滑移面位移監測裝置，其特征在于：所述光學位移測量器件為光纖；

設置于輸入彈簧的光纖沿著輸入彈簧的繞向繞制于輸入彈簧；

設置于輸出彈簧的光纖沿著輸出彈簧的繞向繞制于輸出彈簧。

3.一種基于權利要求1-2任一權利要求所述基于杠桿原理的滑移面位移監測裝置的測量方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1.獲取滑移面的待測目標的位移量；

S2.根據待測目標的位移量構建滑移面位移計算模型，并計算滑移面在橫向的位移量ΔL_x和縱向的位移量ΔL_y：

其中，L₄表示輸入彈簧未受力的初始長度，ΔL₄表示待測目標的總位移，θ為待測目標與剛性杠桿的輸入測量臂的力的方向的夾角；α為輸入測量臂和輸出力臂轉過的角度值；L₂表示輸入測量臂的長度。

4.根據權利要求3所述的測量方法，其特征在于：步驟S2中，待測目標的總位移ΔL₄通過如下方法確定：

其中，D₂為輸入彈簧的中徑，d₂為輸入彈簧線徑，ρ₂為輸入光纖的曲率半徑，n₂為輸入彈簧的等節距圈數。

5.根據權利要求4所述的測量方法，其特征在于：步驟S2中，通過如下方法確定輸入組件的曲率半徑ρ₂：

構建輸入光纖彎曲損耗方程：

L_s2＝(π²D₂²+d₂²)^0.5α_c2 (1)；

其中：

α_c2＝A_c2ρ₂^-1/2exp(-U₂ρ₂) (2)；

聯立式(1)至式(4)解出曲率半徑ρ₂；

其中，α_c2為輸入光纖的單位長度彎曲損耗，Δ₂為輸入光纖的纖芯-包層的折射率差，λ₂為輸入光纖的波長，λ_c2為輸入光纖的截止波長，L_s2為輸入光纖的彎曲損耗。