[发明专利]分布式带温度补偿的高精度光纤光栅位移传感器及方法

权利要求书

1.一种分布式带温度补偿的高精度光纤光栅位移传感器，包括基座和位于基座内带光栅的光纤，其特征在于：所述的光纤包括第一光纤和第二光纤，第一光纤上设有第一光栅，第二光纤上设有第二光栅，第一光栅的两端分别通过第一固定点和第二固定点与所述的基座固定，第二光栅的两端分别通过第三固定点和第四固定点与所述的基座固定，第一至第四固定点使得第一光纤和第二光纤以倾斜错位平行方式布置于同一平面内的基座上；在所述的平面内，以所检测的位移方向为x方向，与x方向相垂直的方向为y方向，第一固定点与第二固定点的距离在x方向上的投影长度、第三固定点与第四固定点的距离在x方向上的投影长度均为L，第一固定点与第二固定点的距离在y方向上的投影长度、第三固定点与第四固定点的距离在y方向上的投影长度均为h；

第一光纤和第二光纤之间设有y方向上的光纤双侧加载块，使得第一光栅和第二光栅分别位于光纤双侧加载块的两边，光纤双侧加载块的一端与第二固定点与第一光栅之间的第一光纤接触，且光纤双侧加载块与第一光纤的接触点与第二固定点的距离在y方向的投影长度为h₀；光纤双侧加载块的另一端与第四固定点与第二光栅之间的第二光纤接触，且光纤双侧加载块与第二光纤的接触点与第四固定点的距离在y方向的投影长度为h₀；初始状态下，所述的第二固定点到光纤双侧加载块的距离，和第四固定点到光纤双侧加载块的距离，均为t；

光纤双侧加载块连接有x方向的位移加载杆，位移加载杆的一端引出，另一端通过初始状态有一定压缩量的复位弹簧与基座连接。

2.根据权利要求1所述的分布式带温度补偿的高精度光纤光栅位移传感器，其特征在于：第一光纤和第二光纤在x方向上相错的间距为L/2。

3.根据权利要求1所述的分布式带温度补偿的高精度光纤光栅位移传感器，其特征在于：所述的基座上设有导向孔，所述的位移加载杆的一端从导向孔中引出。

4.根据权利要求1所述的分布式带温度补偿的高精度光纤光栅位移传感器，其特征在于：所述的基座上设有底座安装孔，底座安装孔中设有弹簧底座，弹簧底座内设有柱状凸起，所述的复位弹簧嵌套在所述的柱状凸起中。

5.根据权利要求1所述的分布式带温度补偿的高精度光纤光栅位移传感器，其特征在于：所述的光纤双侧加载块通过连接螺杆与所述的位移加载杆连接。

6.利用权利要求1所述的分布式带温度补偿的高精度光纤光栅位移传感器实现的位移测量方法，其特征在于：将所述的分布式带温度补偿的高精度光纤光栅位移传感器安装在被测物体上，使得被测物体的位移方向与位移加载杆的方向相同；利用以下公式测得光纤光栅波长漂移与被测物体位移和温度的关系：

式中，Δλ₁为第一光纤光栅波长漂移量，λ₁为第一光纤光栅的中心波长，Δλ₂为第二光纤光栅波长漂移量，λ₂为第二光纤光栅的中心波长，ρ_e为光纤有效光弹效应，k为与传感器结构配置参数决定的常系数，Δx为位移加载杆在x方向上的位移量，即被测物体位移，b为光纤双侧加载块与光纤接触区域的宽度，α_f为光纤的热膨胀系数，ξ_f为光纤的热光系数，ΔT为被测物体环境温度变化量。