[发明专利]一种基于光纤传感的结构变形测量装置及方法

权利要求书

1.一种结构变形测量方法，应用于基于光纤传感的结构变形测量装置中，其特征在于，该测量方法包括如下步骤：

步骤1、测量装置进行光纤应变测量；

步骤2、通过结构变形参数，解算得到结构变形的弦测值及其位置；其中，所述结构变形参数包括应变与变形的计算公式、光纤测量段所在位置；

步骤3、根据测量需求，计算其他弦长下的弦测值；

所述结构变形测量装置包括传感光纤、弦测装置、光纤解调仪和处理计算机；

所述弦测装置在被测结构物上连续安装，所述弦测装置内部连续布设传感光纤，传感光纤作为传感元件接入光纤解调仪，并将采集到的测量信息输出至所述处理计算机；

所述处理计算机从所述光纤解调仪接收测量信息，并对所述测量信息进行解算处理，并将解算处理结果展示给用户或通过网络上传；

所述传感光纤被划分为多个测量段和过渡段，测量段光纤为预拉紧状态，过渡段光纤为松弛状态；

所述弦测装置在被测结构物上连续安装，具体为：

在被测结构物上并排安装两组所述弦测装置，包括第一组弦测装置和第二组弦测装置；所述第一组弦测装置与所述第二组弦测装置中点交错设置，即第二组弦测装置的起点与第一组弦测装置的中点对齐，第二组弦测装置的中点与第一组弦测装置的终点对齐；

所述弦测装置包括刚性横梁、光纤锚固件、连接件、连接线、转向装置、紧固件；所述刚性横梁一端锚固在被测结构物上，另一端以横向限位方式与被测结构物相连，即此端可以相对被测结构物转动和纵向滑动；所述连接线的弹性模量显著大于传感光缆；

传感光纤设置在所述刚性横梁的内部并沿纵向连续布设；选取一定长度的传感光纤作为光纤位移测量段，其一端通过所述光纤锚固件在靠近所述刚性横梁端部位置与所述刚性横梁相固定，另一端通过连接件将其与连接线固定，连接线经转向装置从所述刚性横梁的中部位置引出，并与紧固件组装锚固于被测结构物上；

所述光纤锚固件、光纤位移测量段、连接件、连接线、转向装置、紧固件在所述刚性横梁中对称安装布设；所述紧固件分布在所述刚性横梁的两侧，并锚固在被测结构物上；连接件之间的光纤可以为松弛状态，形成过渡段。

2.根据权利要求1所述的结构变形测量方法，其特征在于，步骤1具体包括：步骤101、测量装置采集并储存传感光纤各段初始状态信息；

步骤102、测量装置连续检测传感光纤的实时信号；

步骤103、由于过渡段光纤信号反映环境温度的变化，因此采用下述公式计算，得到消除温度影响后光纤信号变化值Δs：

Δs＝Δs₂-Δs₁

式中，Δs₁为过渡段光纤信号、Δs₂为测量段光纤信号；

步骤104、根据光纤信号Δs与应变Δε之间的数学关系，解算得到测量段光纤应变值Δε。

3.根据权利要求1或2所述的结构变形测量方法，其特征在于，步骤2具体包括：

步骤201、弦测装置的长度为反映结构变形的弦长；

步骤202、根据如下所示的光纤应变与变形的计算公式，由所述光纤应变值Δε计算得到弦长范围内的结构变形值x，也就是弦测值；

x＝k·Δε

其中，k为传感光纤应变变化量与光纤拉伸变形的比例系数；

步骤203、根据弦测装置的位置确定结构变形值x的所在位置。

4.根据权利要求3所述的结构变形测量方法，其特征在于，根据如下“以小推大”公式，可计算得到需要弦长下的弦测值：

其中，n为大、小弦长之比，x为小波长弦测值，X为大波长弦测值。