[发明专利]一种超大量程光纤光栅位移传感器及测量方法

权利要求书

1.一种超大量程光纤光栅位移传感器，其特征是：包括壳体，设置在壳体内的绕线装置，所述绕线装置至少包括两个不同轮径的轮盘，分别为大轮盘和小轮盘，两个轮盘的转轴相连接使得大轮盘转动时小轮盘联动，大轮盘连接第一拉绳，所述小轮盘连接第二拉绳，第二拉绳与应力光纤光栅连接。

2.如权利要求1所述的一种超大量程光纤光栅位移传感器，其特征是：所述大轮盘和小轮盘固定设置在同一转轴上，转轴通过轴承连接固定件固定设置在壳体内。

3.如权利要求1所述的一种超大量程光纤光栅位移传感器，其特征是：两个轮盘的转轴相连接的方式为齿轮连接，大轮盘和小轮盘分别可转动固定在壳体内，大轮盘的转轴连接的第一齿轮与第一齿轮同轴转动，小轮盘的转轴连接第二齿轮与第二齿轮同轴转动，第一齿轮和第二齿轮的齿部相啮合实现两个轮盘转轴相连接。

4.如权利要求1所述的一种超大量程光纤光栅位移传感器，其特征是：第一拉绳的缠绕方向与细钢丝的缠绕方向相反，使得两个轮盘转动时第一拉绳和第二拉绳为其中一边收线，则另一边放线；

或者，第二拉绳和第一拉绳均为钢丝绳。

5.如权利要求1所述的一种超大量程光纤光栅位移传感器，其特征是：第二拉绳连接应力光纤光栅的连接方式通过设置应力环连接，所述光纤光栅粘贴在应力环上，并设置应力光纤光栅的形变方向与应力环的受力方向一致。

6.如权利要求5所述的一种超大量程光纤光栅位移传感器，其特征是：所述应力环通过拉伸弹簧连接第二拉绳。

7.如权利要求5所述的一种超大量程光纤光栅位移传感器，其特征是：应力环与壳体的固定点之间设置垫片。

8.如权利要求1所述的一种超大量程光纤光栅位移传感器，其特征是：

还包括温补光栅，所述温补光栅与应力光纤光栅连接同一光纤，设置在壳体内接近应力光纤光栅的位置；

或者，第一拉绳的末端设置固定装置，用于将第一拉绳与待测点进行连接；

或者，还包括限位块，壳体上第一拉绳的出线孔处设置限位块，或者限位块固定在第一拉绳上接近第一拉绳末端的位置。

9.基于权利要求1-8任一项所述的一种超大量程光纤光栅位移传感器的测量方法，其特征是，包括如下步骤：

标定温补光纤光栅的波长λ_W和应力光纤光栅的波长λ_B；

实时获取测量的应力光纤光栅和温补光栅的波长变化量；

根据温补光栅的波长变化量计算温度变化量；

根据温度变化量和应力光纤光栅的波长变化量，计算待测位移量S。

10.如权利要求9所述的测量方法，其特征是：计算待测位移量S的计算公式为：

Δλ＝K_S·K_F·K_ε·S·λ_B(1-P_e)+λ_B(α+ζ)ΔT

其中，K_S、K_F、K_ε均为常数项。K_S为小轮盘与大轮盘的圆周的比值，K_F为拉伸弹簧3的弹性系数，K_ε为应变环的应变灵敏度系数，α为光纤布拉格光栅FBG材料的热膨胀系数；ζ为光纤布拉格光栅FBG材料的热光系数；ΔT为温度变化量，λ_B为光纤布拉格光栅的布拉格波长；P_e＝n_eff²[P₂-μ(P₁+P₂)]/2,表示光纤布拉格光栅材料的有效弹光系数，其中P₁和P₂为FBG材料的弹光系数；μ为光纤布拉格光栅材料的泊松比，n_eff为激光在光纤内传播的有效折射率。