[发明专利]基于光纤弯曲损耗的位移监测装置及方法

权利要求书

1.一种基于光纤弯曲损耗的位移监测装置，其特征在于：包括：位移采集转换组件、与所述位移采集转换组件输出端连接的测量组件以及根据所述测量组件的测量数据计算待测目标位移量的数据处理器；

所述位移采集转换组件包括结构和尺寸均相同的第一测量臂和第二测量臂，所述第一测量臂和第二测量臂铰接形成X形结构，所述第一测量臂下端端部和第二测量臂下端端部作为测量输入端分别与待测目标固定连接，所述第一测量臂上端端部和第二测量臂上端端部作为测量输出端与所述测量组件固定连接，且第一测量臂下端端部到铰接点的臂长大于铰接点到第一测量臂上端端部的臂长，第二测量臂下端端部到铰接点的臂长与第一测量臂下端端部到铰接点的臂长相等，第二测量臂下端端部与第一测量臂下端端部连线的中垂线过铰接点；

所述测量组件包括光脉冲发射装置、光时域反射仪、裸光纤、支撑管Ⅰ和内侧壁套设于支撑管Ⅰ外侧壁且可滑动配合的支撑管Ⅱ，所述支撑管Ⅰ和支撑管Ⅱ为共圆心的劣弧型中空管，所述支撑管Ⅰ右端端部与第一测量臂上端端部固定连接，所述支撑管Ⅱ的左端端部与第二测量臂的上端端部固定连接，且第一测量臂靠近上端端部处设置有供支撑管Ⅱ沿所述支撑管Ⅱ轴向单自由度滑动的过孔；

所述裸光纤贯穿支撑管Ⅰ并与支撑Ⅰ的两端面固定连接，所述光脉冲发射装置经耦合器与所述裸光纤的一端连接，所述光时域反射仪与所述耦合器连接。

2.根据权利要求1所述基于光纤弯曲损耗的位移监测装置，其特征在于：所述支撑管Ⅰ的左端端部沿支撑管Ⅰ的周向设置有限位环Ⅰ，所述支撑管Ⅱ的右端端部沿支撑管Ⅱ的周向设置有与限位环Ⅰ适形配合的限位环Ⅱ。

3.根据权利要求2所述基于光纤弯曲损耗的位移监测装置，其特征在于：所述支撑管Ⅰ和支撑管Ⅱ的圆弧对应的半径尺寸需满足当限位环Ⅰ紧靠限位环Ⅱ时，支撑管Ⅰ和支撑管Ⅱ组成的圆弧所对应的半径小于所述裸光纤弯曲损耗的临界半径。

4.根据权利要求1所述基于光纤弯曲损耗的位移监测装置，其特征在于：所述第一测量臂和第二测量臂沿测量臂长度方向依次对称等间距设置有至少两列铰接过孔。

5.一种基于光纤弯曲损耗的位移监测方法，其特征在于：包括步骤如下：

S1：将权利要求1-4任一所述的基于光纤弯曲损耗的位移监测装置测量输入端与待测目标固定连接；

S2：光脉冲发射装置向裸光纤发射光脉冲信号，并通过光时域反射仪测量裸光纤的光功率损耗值L_c；

S3：所述数据处理器根据所述光功率损耗值计算待测目标的位移ΔL；

ΔL＝L-L′ (1)

其中，ΔL表示待测目标的位移量，L表示待测目标发生位移后监测装置第一测量臂下端端部和第二测量臂下端端部之间的实时距离，L′表示监测装置第一测量臂下端端部和第二测量臂下端端部之间初始距离；

其中，第一测量臂下端端部和第二测量臂下端端部之间的实时距离L通过如下方法确定；

当时，第一测量臂下端端部和第二测量臂下端端部之间的实时距离L采用如下方法确定：

其中，L_c表示裸光纤的光功率损耗值，L表示第一测量臂下端端部和第二测量臂下端端部之间的实时距离，A_c和U是与光纤种类以及光源工作状态相关的量，可通过准确的标定试验获得；a表示第一测量臂下端端部到铰接点的臂长；b表示铰接点到第一测量臂前端端部的臂长；θ表示第一测量臂和第二测量臂铰接形成两臂之间的角度，其中

当时，第一测量臂下端端部和第二测量臂下端端部之间的实时距离L采用如下方法确定：

其中，L_c表示裸光纤的光功率损耗值，L表示第一测量臂下端端部和第二测量臂下端端部之间的实时距离，A_c和U是与光纤种类以及光源工作状态相关的量，可通过准确的标定试验获得；a表示第一测量臂下端端部到铰接点的臂长；b表示铰接点到第一测量臂前端端部的臂长；θ表示第一测量臂和第二测量臂铰接形成两臂之间的角度，其中