[发明专利]大量程光纤光栅位移监测装置和系统

说明书

本发明提供一种大量程光纤光栅监测装置，其特征在于：用于监测待测目标的应变并将所述应变对应缩放为小应变的应变采集传递组件和用于测量因所述应变导致的光纤光栅波长变化的测量组件，所述应变采集传递组件的后端与待测目标连接，所述应变采集组件的前端与所述测量组件连接。本发明通过建立基体大应变‑光纤光栅小应变的应变传递机制，将待测目标物体的大应变经位移采集传递装置的后端转换为位移采集传递装置的前端的小应变，通过位移检测装置测量位移采集传递装置的前端的小应变，最后通过处理器计算获得待测目标的大应变对应的位移。

技术领域

本发明涉及一种工程量具领域，尤其涉及一种大量程光纤光栅位移监测装置和系统。

背景技术

工程结构中，较大位移响应会影响到结构的可靠性，因此对桥梁、房屋、边坡、基坑和桩基等结构体的变形监测显得尤为重要。传统的监测方法监测效率低、测量成本较高、自动化程度低且测量精度较低。近些年，光纤传感器由于其智能化的实时监测，在各行业中存在巨大的应用市场。尤其准分布式光纤布拉格光栅作为目前应用最广泛、最成熟的光纤传感器技术，具有重量轻、体积小、精度高、耐高温、耐腐蚀、智能化特点，在结构/岩土工程结构监测中已经得到了广泛的应用。

但现有光纤光栅可精准测量的最大应变仅为±3000uε，测量量程小，无法对产生大应变变形的基坑、边坡等结构体进行准确量测。换言之，如何利用光纤光栅传感器进行大变形测量是工程界研究的技术难点，许多学者进行了诸多大应变检测新方法方面的尝试，如对预应力钢绞线张拉至5000uε后再粘贴光纤光栅的预应力测量方法，但是上述方法结构复杂、加工难度较大且测量精度无法达到预设要求。

因此，亟需一种能够进行应变全程监测且测量精度高的可测量大位移的光纤光栅传感器和监测系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于设计一种结构简单、精度较高，布设方便、测量量程较大的光纤光栅位移传感器和监测系统。通过位移采集传递组件将待测目标的大位移量转换为光纤光栅可实时测量的应变量，因此可以满足大量程位移监测的要求，同时又较好利用光纤光栅在传感技术领域中的优良性能，从而解决目前光纤光栅传感器测量量程有限这一问题。

本发明提供一种大量程光纤光栅位移监测装置，其特征在于：包括：用于监测待测目标的实时位移量并将所述实时位移量转换为可测位移量的位移采集传递组件和将所述可测位移量转换为光纤光栅的波长漂移并实时测量光纤光栅的波长的光纤测量组件，所述位移采集传递组件的输入端与待测目标固定连接，所述位移采集传递组件的输出端与所述光纤测量组件连接。

进一步，所述位移采集传递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，所述第一测量臂和第二测量臂的后端均向外折弯形成延伸测量子臂L₃，第一测量臂后端端部和第二测量臂后端端部连线的中垂线过铰接点，第一测量臂的前端端部到铰接点的臂长L₁小于第一测量臂的铰接点到折弯点的臂长L₂，第二测量臂的前端端部到铰接点的臂长与第一测量臂的前端端部到铰接点的臂长长度相等，所述第一测量臂后端端部和第二测量臂后端端部均与待测目标固定连接，所述第一测量臂前端端部和第二测量臂前端端部与所述光纤测量组件连接。

进一步，所述光纤测量组件包括用于支撑光纤光栅的弹性基片、光纤光栅、光脉冲发射装置和用于检测所述光纤光栅波长变化的光时域放射仪，所述光纤光栅包括光纤光栅Ⅰ和光纤光栅Ⅱ，所述光纤光栅Ⅰ和光纤光栅Ⅱ对称设置在弹性基片的上表面和下表面，所述光纤光栅Ⅰ和光纤光栅Ⅱ串联后经光纤与所述光时域放射仪连接，所述光脉冲发射装置经耦合器与所述光时域放射仪和所述光纤的公共连接处连接，所述弹性基片相对的两侧分别与第一测量臂和第二测量臂的前端端部固定连接，且第一测量臂和第二测量臂的前端端部连线的中垂线与所述弹性基片的过铰接点的对称轴重合。