[发明专利]基于弹型结构的滑移面位移监测装置及其测量方法

权利要求书

1.一种基于弹型结构的滑移面位移监测装置，其特征在于：包括刚性杠杆，所述刚性杠杆设置有支点；

还包括输入组件和输出组件；

所述输入组件包括输入弹簧和第一U形弹性件；

所述输出组件包括输出弹簧和第二U形弹性件；

所述输入弹簧和第一U形弹性件串联后一端连接于刚性杠杆的输入测量臂，另一端连接于滑移区域的待测点；

所述输出弹簧和第二U形弹性件串联后一端连接于刚性杠杆输出测量臂，另一端固定；

所述第一U形弹性件设置有第一光学位移测量器件，第二U形弹性件设置有第二光学位移测量器件；

所述输入弹簧包括第一输入弹簧和第二输入弹簧，所述第一U形弹性件设置于第一输入弹簧和第二输入弹簧之间，且第一输入弹簧和第二输入弹簧同轴且弹性系数相等；

所述输出弹簧包括第一输出弹簧和第二输出弹簧，所述第二U形弹性件设置于第一输出弹簧和第二输出弹簧之间，且第一输出弹簧和第二输出弹簧同轴且弹性系数相等；

其中，滑移面位移包括横向的位移量ΔL_x和纵向的位移量ΔL_y：

其中，L₄表示第一输入弹簧、第二输入弹簧以及第一U形弹性件在未受力的初始长度之和，ΔL₄表示待测目标的总位移，θ为待测目标与刚性杠杆的输入测量臂的力的方向的夹角；α为输入测量臂和输出力臂转过的角度值；L₂表示输入测量臂的长度；

总位移ΔL₄通过如下方法确定：

其中，h₂为第一U形弹性件的高度，t₂为第一U形弹性件的截面长度，a₂为第一U形弹性件的截面宽度，K₂₂为第一输入弹簧和第二输入弹簧的弹性系数，E₂为第一U形弹性件的弹性模量；

K_ε4表示输入光纤光栅的应变灵敏系数，Δλ₄表示输入组件中光纤光栅波长变化值，λ₄为输入至输入光纤光栅的光信号的初始波长值。

2.根据权利要求1所述基于弹型结构的滑移面位移监测装置，其特征在于：所述第一光学位移测量器件和第二位移光学位移测量器件均为光纤光栅；

第一光学位移测量器件布置于第一U形弹性件的底部，第二光学位移测量器件布置于第二U形弹性件的底部。

3.一种基于权利要求1-2任一权利要求所述的基于弹型结构的滑移面位移监测装置的滑移面位移测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.获取滑移面的待测目标的位移量；

S2.根据待测目标的位移量构建滑移面位移计算模型，并计算滑移面在横向的位移量ΔL_x和纵向的位移量ΔL_y：

其中，L₄表示第一输入弹簧、第二输入弹簧以及第一U形弹性件在未受力的初始长度之和，ΔL₄表示待测目标的总位移，θ为待测目标与刚性杠杆的输入测量臂的力的方向的夹角；α为输入测量臂和输出力臂转过的角度值；L₂表示输入测量臂的长度。

4.根据权利要求3所述的滑移面位移测量方法，其特征在于：步骤S2中，待测目标的总位移ΔL₄通过如下方法确定：

其中，h₂为第一U形弹性件的高度，t₂为第一U形弹性件的截面长度，a₂为第一U形弹性件的截面宽度，K₂₂为第一输入弹簧和第二输入弹簧的弹性系数，E₂为第一U形弹性件的弹性模量；

K_ε4表示输入光纤光栅的应变灵敏系数，Δλ₄表示输入组件中光纤光栅波长变化值，λ₄为输入至输入光纤光栅的光信号的初始波长值。