[发明专利]基于杠杆原理的滑移面位移监测装置及其测量方法

权利要求书

1.一种基于杠杆原理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；

还包括具有弹性输入组件和弹性输出组件，所述弹性输入组件和弹性输出组件均设置有光学位移测量器件，所述弹性输入组件分别连接于刚性杠杆的输入测量臂和滑移区域，所述弹性输出组件连接于刚性杠杆的输出测量臂；

所述弹性输入组件包括输入弹簧，所述输入弹簧的一端固定连接于滑移面的待测点，输入弹簧的另一端与刚性杠杆的输入测量臂连接；

所述弹性输出组件包括输出弹簧，所述输出弹簧的一端固定，输出弹簧的另一端与刚性杠杆的输出测量臂连接；

其中，滑移面位移包括滑移面在横向的位移量ΔL_x和纵向的位移量ΔL_y，并通过如下方式计算：

其中，L₄表示输入弹簧未受力的初始长度，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，D₂为输入弹簧的中径，d₂为输入弹簧线径，ρ₂为输入光纤的曲率半径，n₂为输入弹簧的等节距圈数。

2.根据权利要求1所述基于杠杆原理的滑移面位移监测装置，其特征在于：所述光学位移测量器件为光纤；

设置于输入弹簧的光纤沿着输入弹簧的绕向绕制于输入弹簧；

设置于输出弹簧的光纤沿着输出弹簧的绕向绕制于输出弹簧。

3.一种基于权利要求1-2任一权利要求所述基于杠杆原理的滑移面位移监测装置的测量方法，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表示输入弹簧未受力的初始长度，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，D₂为输入弹簧的中径，d₂为输入弹簧线径，ρ₂为输入光纤的曲率半径，n₂为输入弹簧的等节距圈数。

5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于：步骤S2中，通过如下方法确定输入组件的曲率半径ρ₂：

构建输入光纤弯曲损耗方程：

L_s2＝(π²D₂²+d₂²)^0.5α_c2 (1)；

其中：

α_c2＝A_c2ρ₂^-1/2exp(-U₂ρ₂) (2)；

联立式(1)至式(4)解出曲率半径ρ₂；

其中，α_c2为输入光纤的单位长度弯曲损耗，Δ₂为输入光纤的纤芯-包层的折射率差，λ₂为输入光纤的波长，λ_c2为输入光纤的截止波长，L_s2为输入光纤的弯曲损耗。