[发明专利]一种超大量程光纤光栅位移传感器及测量方法

说明书

本公开提出了一种超大量程光纤光栅位移传感器及测量方法，传感器包括壳体，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，大轮盘缠绕连接第一拉绳，所述小轮盘缠绕连接第二拉绳，第二拉绳与应力光纤光栅连接。通过采用不同半径的绕线装置将位移测量距离增加到几十米的量级。本公开的传感器的结构特点的大量程设置受装置大小的限制较小，减小了装置的制作难度，有利于装置的推广使用。可以应用于山体滑坡、软土地基沉降、结构健康等大量程位移的实时在线监测。

技术领域

本公开涉及光电子测量器件相关技术领域，具体的说，是涉及一种超大量程光纤光栅位移传感器及测量方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

山体滑坡是指山体斜坡上某一部分岩土在重力包括岩土本身重力及地下水的动静压力作用下，沿着一定的软弱结构面或者结构带产生剪切位移而整体地向斜坡下方移动的作用和现象。地震、降雨和融雪、地表水的冲刷、浸泡、河流等地表水体对斜坡坡脚的不断冲刷；不合理的人类工程活动，如开挖坡脚、坡体上部堆载、爆破、水库蓄泄水、矿山开采等都可诱发滑坡，还有如海啸、风暴潮、冻融等作用也可诱发滑坡。有些滑坡发生时间稍晚于诱发作用因素的时间，所以长期连续监测为最好的预防方法。软土地基的定义是指强度低，压缩量较高的软弱土层，多数含有一定的有机物质。由于软土强度低，沉隐量大，往往给道路工程或大型建筑工程带来很大的危害。大型建筑结构的健康检测中，结构在荷载作用下容易产生较大的变形。以上这些情况都需要长期连续监测。

现有的检测方法光纤光栅由于体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰、易于组网复用等特点，在传感器领域越来越受重视。发明人发现，现有的基于光纤光栅位移传感器检测方法，一般量程在20mm以内，测量距离较大的能达到1-2米。现有的光纤光栅位移传感器结构的限制再增加量程会大大增加制作难度和传感器体积，如专利申请号201410209172.X，专利名称为一种超大量程光纤光栅位移传感器及测量方法，如果增加量程会大大增加制作难度和传感器体积，不利于传感器的长期稳定测量。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种超大量程光纤光栅位移传感器及测量方法，通过采用不同半径的绕线装置将位移测量距离增加到几十米的量级。可以应用于山体滑坡、软土地基沉降、结构健康等大量程位移的实时在线监测。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开的第一方面提供了一种超大量程光纤光栅位移传感器，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的轮径的轮盘，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。

本公开的第一方面提供了基于上述的一种超大量程光纤光栅位移传感器的测量方法，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。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

(1)本公开通过设置不同轮径的轮盘，根据轮径的比例将第一拉绳的变化量按比例缩小为第二拉绳的变化量，当第一拉绳往外拉伸时会带动大轮盘和小轮盘转动，带动第二拉绳进行缠绕；可以通过设定轮盘的比例，提高传感器的量程，实现超大量程的位移的测量，可以至少达到几十米以上。本公开的传感器的结构特点的大量程设置受装置大小的限制较小，减小了装置的制作难度，有利于装置的推广使用。