CN105627940A - 一种基于光纤光栅传感器的土体内部变形的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土体内部变形测量系统，尤其是一种基于光纤光栅传感器的变形传感梁以及测量土体内部位移的系统，属于传感器测量技术领域。本发明的光纤光栅传感梁构成的悬臂结构的弹性梁；弹性梁的两侧有细槽，两根不同波长的光纤光栅传感器可以安放在细槽内。弹性梁的一端固定，另一端连接在要测量的位置；弹性梁，基座以及夹持件构成一个悬臂梁受力结构；工作状态下，当弹性梁变形时，引起光纤光栅的变形，通过采集系统能够得到光纤光栅的变形情况。发明的优点在于：1、传感器精度高，安全性高，体积小，结构简单。2、能够测量土体内部的连续位移。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用光纤光栅传感器间接测量变形梁表面变形的装置及方法，特别是涉及到一种基于光纤光栅技术的应变传感器及温度自动补偿的方法，这种智能变形梁能安装在建筑物的表面和内部，测量土木建筑结构中钢筋、混凝土或者其他结构的变形。
背景技术
传统的位移计可以测量结构物表面的位移，但是无法测量连续变形以及结构物内部的位移。结构物内部的老化、损坏等大都是由内部裂纹开始进而扩展到表面，因此，本发明可以及早的探测到结构物或者土体内部的变形。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题而提供的一种基于光纤光栅传感器的土体变形测量系统。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种光纤光栅传感器阵列，弹性变性梁，保护涂层。
所述变性梁材料采用树脂材质。
所述变性光纤光栅工作原理如下：对于光纤光栅传感器阵列，变形引起的不同位置的FBG布拉格光栅波长的漂移，波长漂移与应变的关系如下：
(1)
式中，Δλ B 为波长变化值，λ B 为波长值，Pe为光纤的光弹系数，Δε为应变变化值，α为光纤的热光系数，ΔT为温度变化值。
弹性梁埋入土体后，随着土体一起变形，弹性梁的变形会引起梁表面光栅传感器产生拉伸或压缩，进而产生应变，通过光纤光栅传感器的应变得到变性梁的弯曲应变轴向应变分别如下：
(2a)
(2b)
式中，ε i A 和ε i B 分别是轴向应变和弯曲应变，ε ia 和ε ib 为变性梁上下表面对称位置处的应变值，由公式（1）可以求得。
根据弹性力学变形梁理论，弹性梁的位移与表面应变的关系如下：
(3)
式中，ε i B(z,t)为在弹性梁表面z位置处t时刻的弯曲应变值，由公式（2）求得；r为弹性梁的厚度；v(z,t)为z位置处t时刻时弹性梁的位移值。
进一步的，上述在变性梁上下表面的光栅同时受到相同温度的影响，因此通过公式（2b）计算时，温度的效应能够自动消除，因此本发明中采用上下两个表面的对称布置光纤光栅阵列能够实现温度的自动补偿。
本发明的优点在于：
1、能够解决土体内部位移无法测量的问题。2、传感器测量精度高，安全性高，机构简单。3、具有抗电磁干扰以及耐腐蚀，并且不存在水中短路的问题。
附图说明
图1为本发明示意图。
具体实施方式
下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
参考图1，该光纤光栅传感器的土体内部变形的测量系统包括柔性变性梁1、光纤光栅传感器2、变性梁固定支座3和光栅解调系统4。
柔性变性梁1端部固定于支座2上形成一个端部固定的悬臂梁结构。该悬臂梁结构置于土体中，在端部约束的情况下，弹性梁随着土体一起变形，形成悬臂梁结构，从而能够感知土体的变形。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (6)
1.一种集成温度自补偿的光纤光栅变形梁，其特征在于：改集成温度自补偿的变形梁包括光纤光栅传感器（1），变形梁（2），基座（3）和光纤（4）；
所述光纤光栅传感器（1）由同型号的单模光纤不同波长的两根光栅（101、102）构成；
所述变形梁（2）为高弹性的树脂梁；
所述基座（3）为带通道的金属方块；
所述光纤（4）为带接头（AC/APC）的单模光纤；
工作状态下，高弹性的树脂梁一段解除于被测物体表面，与被测物体一起变形，带动树脂梁的变形，从而使光纤光栅的变形。
2.根据权利要求1所述的集成温度自补偿的光纤光栅变形梁，其特征在于，该集成温度自补偿的光纤光栅变形梁在轴心对称位置有两个细小的凹槽（7），所述凹槽用于安装和保护光纤光栅传感器，从而光纤光栅传感器可以保护和安装在变形梁的上下两侧面。
3.一种监测位移的方法，其特征在于：它是利用要求1所述的光纤光栅传感器实现监测位移的方法，其具体方法是：准备好所需数量的光纤光栅传感器、配套测试设备（10）以及连接光纤；将光纤光栅传感器等距离的连接在一根光纤线；然后将连接好的光纤用高强度树脂粘贴在变形梁（2）的表面凹槽内，其余部分的光纤线连接在采集仪器（10）上，开启测量设备，监测光纤光栅波长的变化，变形梁的变形引起光纤光栅传感器的变形，通过测量仪器量测光纤光栅波长的变化，根据波长变化与变形梁的变形的标定方程，得出变形梁的变形位移。
4.根据权利要求3所述的一种光纤光栅传感器，其特征在于：所述光纤光栅传感器的工作原理为：利用激光器在光纤内部刻写一定长度的光栅栅区，当光纤调谐器发生一定频段的入射光到光栅时，当光栅的温度或者应变发生变化时，光栅栅距会发生相应的变化，导致反射回的波长发生漂移。
5.波长的飘移与温度和应变之间的关系如下：
(1)
式中，Δλ B 为波长变化值，λ B 为波长值，Pe为光纤的光弹系数，Δε为应变变化值，α为光纤的热光系数，ΔT为温度变化值。
6.根据权利要求3所述的一种光纤光栅传感器，其特征在于：所述光纤光栅传感器固定在变性梁的表面凹槽中，形成一个整体。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106501165A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-03-15 | 河海大学 | 温度自补偿光纤光栅钢筋锈蚀传感器及其温度补偿方法 |
| CN106524996A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-03-22 | 宁波建工建乐工程有限公司 | 一种基于布拉格光栅的土体沉降观测系统 |
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2014
- 2014-10-27 CN CN201410579455.3A patent/CN105627940A/zh active Pending
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| CN106501165A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-03-15 | 河海大学 | 温度自补偿光纤光栅钢筋锈蚀传感器及其温度补偿方法 |
| CN106501165B (zh) * | 2016-11-09 | 2023-12-29 | 河海大学 | 温度自补偿光纤光栅钢筋锈蚀传感器及其温度补偿方法 |
| CN106524996A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-03-22 | 宁波建工建乐工程有限公司 | 一种基于布拉格光栅的土体沉降观测系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160601 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |