CN114878858A - 基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置及方法，装置包括：多芯光纤光栅摆动加速度传感器，具有采集建筑拉索摆动加速度数据的功能，利用多芯光纤各纤芯内的布拉格光栅实现应变的实时测量；解调模块，具有多芯光纤的扇入扇出功能和多通道光纤光栅解调功能，处理器及无线发射模块，具有数据处理的功能，将解调模块所给出各波峰数据处理转变为建筑拉索摆动加速度数据；具有数据无线发射功能，将摆动加速度数据以无线传输的形式发射出去。多芯光纤光栅摆动加速度传感器为细长结构，体积小，基本不会对拉索的力学结构和风阻结构产生影响，并且可以实现拉索摆动的二维加速度测量。

Description

基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置及方法

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置及建筑拉索摆动加速度测量方法。

背景技术

拉索是大型建筑、桥梁中广泛使用的结构，其健康状态对于建筑结构健康至关重要。拉索受风、车辆等激发的振动/摆动是评估其健康状况的重要依据，存在垂直于长度方向二维摆动，监测拉索摆动最重要的方式是加速度测量装置，包括高精度的加速度传感器、辅助设备和算法。

建筑拉索具有结构细长的特点，相应的加速度传感器需要具备结构细长、质量轻、抗电磁干扰的特点。已知有基于光纤的加速度传感器，基于光纤光栅、光纤散射、法布里珀罗干涉等原理，配合质量块，实现加速度测量。

专利文献1（申请号 202010112019.0）公布一种光纤光栅加速度传感器，将传感器放置于被测结构中，当被测结构受到外界振动时，传感器随被测结构一并振动，使得质量块受到惯性力而发生振动，驱动梁体中的第一臂绕转动件产生一定的角位移，从而使光栅测量装置因受到拉伸而产生形变，这样光栅的光参量就会产生漂移，通过光参量的漂移量可以解调出被测结构的加速度。该加速度传感器包含壳体、质量块、梁体等结构和功能组件，使得传感器的体积大，安装在细长建筑拉索上会改变其风阻，且在实际实施中，传感器会因长期受风吹而发生位置偏移，导致加速度偏移。

专利文献2（申请号 200910189829.X）公布一种光纤加速度传感器，包括光纤和弹性膜片，且光纤端面与弹性膜片平行设置，构成法布里-珀罗干涉腔。弹性膜片上设置有质量块，用于在被测量物体的加速度作用下，产生惯性力作用于弹性膜片，使法布里-珀罗腔的长度依据被测量加速度的变化而改变。该发明所述加速度传感器的体积小，但只能测量光纤长度方向的一维加速度。若用于测量建筑拉索的摆动加速度，则需要至少两个传感器配合较大体积的结构件使用。

专利文献3（申请号 201910717824.3）公布了一种基于多芯光纤的分布式温度、振动同时检测传感器。多芯光纤利用其空分复用特性将拉曼传感系统和偏振光时域反射仪进行集成，实现温度、振动双参量同时检测。传感器中间芯实施拉曼分布式传感，获取分布式的温度信息；偏心纤芯实施偏振光时域反射仪，获取分布式的振动信息。该传感器展示了多芯光纤传感在光纤均匀性、紧凑性方面的优势，具有体积小、结构细长的特点，但是未实现加速度的测量。

综上可知，目前的光纤加速度传感器存在体积大、只能测量一维加速的等弊端。多芯光纤传感器虽然有特殊的优势，但未实现适用于建筑拉索的加速度测量。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种用于建筑拉索振动加速度检测的多芯光纤光栅摆动加速度测量装置及方法。该多芯光纤光栅摆动加速度测量装置采用多芯光纤光栅的加速度传感器作为传感器，具有结构细长、重量轻、抗电磁干扰等特点，基本不会对拉索的力学结构和风阻结构产生影响，可测试拉索的摆动加速度。

本发明采用的技术方案具体如下：

一种基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置，至少包括：

多芯光纤光栅摆动加速度传感器，所述多芯光纤光栅摆动加速度传感器包括多芯光纤和封装在多芯光纤外的光纤封装层；其中，所述多芯光纤为裸光纤，所述多芯光纤沿多芯光纤长度方向上设有一组或多组光栅组，光栅组由设置在各纤芯同一位置上的参数相同的布拉格光栅组成；

解调模块，用于发射宽光谱光进入所述多芯光纤光栅摆动加速度传感器的各纤芯，并解调获得宽光谱光经各组光栅组中布拉格光栅形成的各反射波峰的峰值。

进一步地，所述多芯光纤纤芯由中间纤芯和外周纤芯组成；其中，中间纤芯位于光纤的中轴处，外周纤芯围绕中间纤芯，具有中心对称性。

进一步地，所述多芯光纤纤芯的数量为4根、5根或7根。

进一步地，所述多组光栅组中，每组光栅组设置不同的中心波长。

进一步地，还包括：

处理器及无线发射模块，用于将解调模块所给出各波峰转变为摆动加速度，将摆动加速度数据以无线传输的形式发射给用户。

进一步地，所述处理器及无线发射模块依据各组光栅组中布拉格光栅形成的各反射波峰的峰值与摆动加速度的标定结果将解调模块所给出各波峰转变为摆动加速度。

进一步地，所述处理器及无线发射模块通过如下方法计算将解调模块所给出各波峰转变为摆动加速度：

其中，i是纤芯的索引，∆λ _i 表示布拉格反射峰中心波长在两种应变状态下的差值，λ _i 表示当前布拉格反射峰中心波长，P为弹光系数，ε _i 是应变量，L _i 是纤芯与建筑拉索的弯曲中性层的距离，a是加速度，ρ(a)是拉索的曲率半径。

基于上述相同原理，本发明还提供一种建筑拉索摆动加速度测量方法，包括以下步骤：

将前述基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置的多芯光纤光栅摆动加速度传感器固定于建筑拉索上，发射宽光谱光进入所述多芯光纤光栅摆动加速度传感器的各纤芯，并解调获得宽光谱光经各组光栅组中布拉格光栅形成的各反射波峰的峰值；将所述反射波峰的峰值转变为摆动加速度（包含加速度的大小和方向），获得测量结果。

进一步地，所述多芯光纤光栅摆动加速度传感器平行于拉索，二者紧密接触，或存在固定的间距，所述多芯光纤光栅摆动加速度传感器中各组光栅组的布拉格光栅参数一次完成校准。

进一步地，所述多芯光纤光栅摆动加速度传感器不平行于拉索，二者紧密接触，或存在固定的间距，所述多芯光纤光栅摆动加速度传感器中各组光栅组的布拉格光栅参数分别单独完成校准。

本发明中的基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置具有以下有益效果：

1. 多芯光纤光栅摆动加速度传感器为细长结构、体积小，基本不会对拉索的力学结构和风阻结构产生影响。

2. 无需质量块，直接将建筑结构拉索的时域形变转变为加速度，同时实现拉索摆动的二维加速度测量。

3. 与被测建筑拉索的摆动加速度无相位差，具有更好的实时性。

4. 整根拉索各部位的加速度可用一根多芯光纤光栅加速传感器测量。

附图说明

图1为本发明一示例性的多芯光纤光栅加速度测量装置的简要示意图。

图2为本发明一示例性的多芯光纤光栅加速度传感器简要立体示意图。

图3为本发明一示例性的多芯光纤光栅的横截面示意图。

图4为本发明一示例性的多芯光纤光栅加速度传感器的安装方式示意图。

图5为本发明一示例性的安装在拉索上的多芯光纤光栅摆动加速度传感器的截面示意图。

图6为一示例性的拉索的摆动状态简化的模型。

图7为本发明一示例性的实际实施时安装在拉索上的多芯光纤光栅摆动加速度传感器的截面示意图。

图8为本发明一示例性的实际实施时多芯光纤光栅加速度传感器的安装方式示意图。

图9为本发明一示例性解调模块示意图。

图10为本发明解调模块的一种1×N通道的阵列波导光栅结构示意图。

图11为本发明解调模块的双MZI结构波长解调单元示意图。

图12为本发明一示例性处理器及无线发射模块。

图中：

1-多芯光纤光栅加速度传感器，11-光栅，111-第一光栅组，112-第二光栅组，12-多芯光纤，13-光纤封装层，14-纤芯，15-包层，2-解调模块，21-宽光谱光源（ASE或者SLD），22-阵列波导光栅，23-双马赫曾德干涉仪结构，24-光学环形器，25-信号读出电路，26-Ge光电探测器，3-处理器及无线发射模块，4-拉索，41-弯曲中性层，5-摆动变形的拉索，6-胶层。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。

在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

另外，为了便于说明，附图中存在与实际的尺寸、比例尺不同的部分。

图1是表示多芯光纤光栅加速度测量装置的简要示意图。

如图1所示，多芯光纤光栅摆动加速度测量装置，包括：

多芯光纤光栅摆动加速度传感器1，具有采集建筑拉索摆动加速度数据的功能，利用多芯光纤各纤芯内的布拉格光栅实现应变的实时测量；具体地，多芯光纤光栅摆动加速度传感器1包括多芯光纤12和光纤封装层13。

其中，所述多芯光纤12为裸光纤，不包括涂覆层。沿所述多芯光纤12建立自然坐标系，其中平行多芯光纤的方向定义为Z方向。所述多芯光纤12的某Z值位置的各纤芯中有参数相同的布拉格光栅11，相同Z值的布拉格光栅11为一组，按照顺序定义为第一光栅组111、第二光栅组112等。

其中，光纤封装层13与多芯光纤12同轴封装于多芯光纤12外表面。当多芯光纤光栅摆动加速度传感器1发生拉伸、压缩或弯曲时，光纤封装层13与多芯光纤12无相对滑移。

以及，解调模块2，具备多芯光纤的扇入扇出功能和多通道光纤光栅解调功能。用于发射宽光谱光进入各纤芯，并解调获得宽光谱光经各布拉格光栅11形成的各反射波峰的峰值（中心波长）。

以及，处理器及无线发射模块3，具备将解调模块2所给出各波峰转变为摆动加速度的功能，即：通过数值算法或标定法解调建筑拉索摆动的二维加速度，具备将摆动加速度数据以无线传输的形式发射出的功能。

多芯光纤光栅摆动加速度传感器1的简要立体示意图如图2所示。其多芯光纤12由多根平行的纤芯14和共同的包层15组成，且各纤芯14的导光模式均等同于单模光纤。多芯光纤12为圆柱形，其各纤芯14平行于圆柱形的高，即沿Z方向。

作为本发明的一种实施方式，多芯光纤12的纤芯14的数量可以为4根、5根或7根，均由中间纤芯和外周纤芯组成。其中，外周纤芯的排布具有中心对称性。

以4根纤芯为例，其横截面示意图如图3所示。多芯光纤12的纤芯14的分布为：一根纤芯位于截面圆的圆心，记为纤芯O；其余纤芯位于距离圆心r的同心圆上，分别记为纤芯A、B、C。纤芯之间连线OA、OB、OC夹角相等，均为120°。为方便描述，本发明建立的坐标系为沿光纤纤芯O的自然坐标系，且定义OB方向为Y轴方向。本实施例中，规定X轴的朝向使之与OA夹角为锐角。

多芯光纤光栅摆动加速度传感器1测量建筑拉索的摆动加速度的核心是测量拉索形状的实时变化。其加速度与布拉格光栅的中心波长的关系由安装方式决定。

多芯光纤光栅摆动加速度传感器1在拉索上的第一种安装方式如图4所示。多芯光纤光栅摆动加速度传感器1严格平行于拉索4，且二者紧密接触。这种安装方式下，多芯光纤光栅摆动加速度传感器1和拉索4的加速度始终同步。

多芯光纤光栅摆动加速度传感器1的加速度的计算方法如下：

首先，计算多芯光纤光栅摆动加速度传感器1和拉索4在弯曲时的位置关系。建筑拉索常采用坚硬的钢丝绳、钢杆，其直径和材质硬度均远高于多芯光纤，因此可认为传感器的安装不会影响拉索的整体弯曲中性层。根据图5所示多芯光纤光栅摆动加速度传感器1和拉索4的截面示意图可计算得到纤芯O、A、B和C与弯曲中性层41的距离分别为

其中，L _O、L _A、L _B和L _C分别为纤芯O、A、B和C与弯曲中性层41的距离，P点为拉索截面圆的圆心，D ₁和D ₂分别为多芯光纤光栅摆动加速度传感器1和拉索4的直径，r为纤芯O与纤芯B之间的距离，即OB长度，α为OB与OP的夹角，β为中性层与OP的夹角。

其次，计算多芯光纤光栅摆动加速度传感器1各纤芯14随拉索4弯曲的形变量。若拉索的曲率半径为ρ，则纤芯O、A、B和C对应的应变量ε _i （i = O, A, B, C）分别为：

然后，构建波长与拉索摆动变形的关系。根据布拉格光栅的基础理论可知，多芯光纤各纤芯O、A、B和C中一组光栅，例如第一光栅组111的四个光栅，其布拉格反射峰中心波长λ _i 与应变量ε _i （i = O, A, B, C）的关系为：

其中，∆λ _i 表示布拉格反射峰中心波长在两种应变状态下的差值。在建筑拉索这种小应变状态下，应变状态的变化均相对于拉索自然伸长状态。P为弹光系数，对于常见的多芯光纤，其取值为0.22。在实际应用中，可对其进行校准。

最后，构建加速度与波长的关联。如图5所示，多芯光纤光栅摆动加速度传感器1一旦安装于拉索4上，则公式（1）-（4）中只有β随加速度改变。以连线OP为参考，则π/2-β为加速度的方向。L _i（i = O, A, B, C）仅由摆动加速度的方向决定。在拉索的摆动过程中，拉索的曲率半径ρ可由加速度a经积分获得：加速度矢量

的大小a决定了曲率半径，方向π/2-β决定了纤芯O、A、B和C与弯曲中性层41的距离，可用β=

/a和ρ=ρ(a)分别替换公式（1）-（5）中的β和ρ。拉索的摆动状态一种简化的模型如图6所示，曲率半径ρ与加速度a的关系满足如下公式：

其中，L表示光纤轴心长度，本实施例中为L_O的长度。

曲率半径ρ与加速度a的关系导致其解析形式难以精确获得。在实际实施时，通过标定可以更便捷得到加速度a与曲率半径ρ的关系，进而通过公式（1）-（6）获得加速度矢量

与纤芯O、A、B和C中第一光栅组111各光栅的波长λ _i （i = O, A, B, C）的关系。也可以直接标定加速度矢量

与纤芯O、A、B和C中第一光栅组111各光栅的波长λ _i （i = O, A, B, C）的关系。

本实施例在实际实施过程中，多芯光纤光栅摆动加速度传感器1与拉索4之间存在胶层5，如图7所示。胶层5会使公式（1）-（4）中的(D ₁+D ₂)/2改变为(D ₁+D ₂)/2+H，其中，H为胶层5的厚度。

本实施例在实际实施过程中，布拉格光栅11可以是多组，如图8所示。当所述多芯光纤光栅摆动加速度传感器平行于拉索时，所述多芯光纤光栅摆动加速度传感器中各组光栅组结构相同，一次即可完成所有布拉格光栅参数的校准。进一步地，针对每一组光栅设置不同的中心波长，则可独立完成各加速度的测量。这种实施方式下，多芯光纤光栅摆动加速度传感器1的多组布拉格光栅均需要单独的校准。

另外，多芯光纤光栅摆动加速度传感器也可以不平行于拉索，二者紧密接触，或存在固定的间距，这种实施方式下，多芯光纤光栅摆动加速度传感器中各组光栅组的布拉格光栅参数同样需要分别单独完成校准。

图9为本发明一示例性解调模块2的示意图（详见专利：ZL202210024277.2）。该解调模块的主要特点是包含一种基于级联阵列波导光栅（AWG）和双马赫曾德干涉仪结构（double MZI，下文中，双马赫曾德干涉仪结构也可称作为双MZI结构）结构的准分布式光纤光栅解调芯片，该解调芯片在硅光材料平台设计制作，包括按光信号传播方向依次连接的宽谱光源21、光学环形器24、1×N通道的阵列波导光栅22、N个双MZI结构23和4N个Ge光电探测器26，所述准分布式光纤布拉格光栅解调芯片还包括读出电路25，所述Ge光电探测器26的输出端连接读出电路25；来自宽谱光源21的光经过光学环形器24入射到N个准分布式光纤布拉格光栅（FBG），经光纤布拉格光栅反射后变成N个不同波长的反射峰，这N个不同波长的反射峰返回到光学环形器24并入射到阵列波导光栅22中后分别从阵列波导光栅的第i个（i=1，2，3 ...N）输出端口出射，每个光纤布拉格光栅反射峰分别从对应的阵列波导光栅输出端输出，接着经过对应的双马赫曾德干涉仪23结构，最后分别被四个Ge光电探测器26接收，读出电路25根据Ge光电探测器接收到的光功率值推算光纤布拉格光栅中心波长。

该实施例所述的解调模块2中的基于级联阵列波导光栅和双马赫曾德干涉仪结构的解调芯片可以实现准分布式的光纤布拉格光栅传感，光纤布拉格光栅的数量和波长变化范围可以通过分别改变阵列波导光栅通道数和马赫曾德干涉仪结构的自由光谱范围来灵活设计；并且，利用固有相位差π/2的双马赫曾德干涉仪结构可以实现全波长范围的高灵敏度线性解调；该解调芯片除了集成的宽带光源剩下的器件都可以在硅光平台中实现，大大降低器件的尺寸和成本。根据建筑结构健康监测的特点，其拉索数量多、分布式排布，所需布拉格光栅传感器数量多，非常适合采用本实施例所述解调模块。

如图10所示，本发明实施例中提供的一种1×N通道的阵列波导光栅结构22示意图。阵列波导光栅22由输入端220、输入平板波导221、阵列波导区域223、输出平板波导222和多个输出端224、225、226、227、228构成，阵列波导光栅22输入端220通过光栅耦合器和光学环形器24相连；阵列波导光栅22的各输出端与对应的双MZI结构23通过一个2×2多模干涉耦合器230连接，输出端的个数和光纤光栅传感器的个数相对应，阵列波导光栅的通道间隔和光纤光栅传感器的波长动态范围相关。

本发明实施例中，所述双马赫曾德干涉仪结构如图11所示，包括第一2×2多模干涉耦合器230、第二2×2多模干涉耦合器231、1×2多模干涉耦合器232、第一马赫曾德干涉仪233、第二马赫曾德干涉仪234、第一2×2定向耦合器235和第二2×2定向耦合器236，其中，所述第一2×2多模干涉耦合器230的其中一个输入端与所述阵列波导光栅的对应输出端相连，所述第一2×2多模干涉耦合器230的其中一个输出端与所述第二2×2多模干涉耦合器231的其中一个输入端相连，所述第一2×2多模干涉耦合器230的另一个输出端与所述1×2多模干涉耦合器232的输入端连接，所述第二2×2多模干涉耦合器231的输出端经所述第一马赫曾德干涉仪233与所述第一2×2定向耦合器235的输入端连接，所述1×2多模干涉耦合器232的输出端经所述第二马赫曾德干涉仪234与所述第二2×2定向耦合器236的输入端连接，所述第一2×2定向耦合器235的两个输出端和所述第二2×2定向耦合器236的两个输出端分别与4个Ge光电探测器对应连接。所述第一2×2多模干涉耦合器230的两个输出端输出的光信号功率相等，相位相差π/2，使得所述第一马赫曾德干涉仪233与所述第二马赫曾德干涉仪234的相位差被锁定为π/2。所述第一2×2定向耦合器230的耦合区长度和所述第二2×2定向耦合器231的耦合区长度可调，使得所述第一马赫曾德干涉仪233与所述第二马赫曾德干涉仪234的消光比大小可调。

具体地，来自阵列波导光栅22输出端的光通过双MZI结构和AWG的连接点2307进入双MZI结构解调单元。2×2多模干涉耦合器230是一个普通型的3dB多模干涉耦合器，根据自成像原理（self-imagingeffect），输入端的光信号在输出端被分成功率相等，相位相差π/2的两路光信号，其中一路信号入射到2×2多模干涉耦合器231，另外一路信号入射到1×2多模干涉耦合器232。因为2×2多模干涉耦合器231的两输出端口的相位差π/2，1×2多模干涉耦合器232的两输出端口的相位相等，所以第一马赫曾德干涉仪233和第二马赫曾德干涉仪234本身的相位差就锁定为π/2。马赫曾德干涉仪的消光比主要由输入端的分光比、输出端的分光比和臂上的损耗决定，马赫曾德干涉仪采用2×2定向耦合器235、236结构作为输出端的原因是通过改变235、236耦合区的长度可以任意调节定向耦合器的分光比，进而改变马赫曾德干涉仪的消光比。本发明的解调芯片希望双MZI结构的消光比不能太大也不能太小，消光比太大的话对后面读出电路的要求会很高，消光比太小的话解调的灵敏度就会很低，所以需要根据电路处理能力和灵敏度需求来综合考虑。马赫曾德干涉仪的自由光谱范围由波长和两个臂的光学长度差有关，由FBG测量的动态范围来决定。

图12为本发明一示例性处理器3及无线发射模块的结构框架。该无线发射模块包含RISC-V SoC 31，无线发射模块32。其中，RISC-V SoC 31具有低功耗和硬件可编程特征。无线发射模块32可以是LoRa等无线收发IC，将数据传输至网关。

该处理器3为专为大规模传感器建筑结构健康监测的低功耗处理器系统。处理器通过控制不同天线阵元发送信号的幅度和相位，利用干涉效应在不同位置产生波峰和波谷，进而形成不同的波束。采用波束赋形技术将发射端产生的波束在空间上与接收端对准，同时消除不同发射端信号间的干扰，以实现高能效通信。处理器还通过定时触发唤醒模式实现低功耗广域无线网分布式传感采集控制功能，使整个传感系统处于低功耗运行模式，适用于为建筑结构健康监测布设的大量布拉格光栅传感器。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法把所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置，其特征在于，至少包括：

多芯光纤光栅摆动加速度传感器，所述多芯光纤光栅摆动加速度传感器包括多芯光纤和封装在多芯光纤外的光纤封装层；其中，所述多芯光纤为裸光纤，所述多芯光纤沿多芯光纤长度方向上设有一组或多组光栅组，光栅组由设置在各纤芯同一位置上的参数相同的布拉格光栅组成；

解调模块，用于发射宽光谱光进入所述多芯光纤光栅摆动加速度传感器的各纤芯，并解调获得宽光谱光经各组光栅组中布拉格光栅形成的各反射波峰的峰值。

2.根据权利要求1所述的基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置，其特征在于，所述多芯光纤纤芯由中间纤芯和外周纤芯组成；其中，中间纤芯位于光纤的中轴处，外周纤芯围绕中间纤芯，具有中心对称性。

3.根据权利要求1所述的基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置，其特征在于，所述多芯光纤纤芯的数量为4根、5根或7根。

4.根据权利要求1所述的基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置，其特征在于，所述多组光栅组中，每组光栅组设置不同的中心波长。

5.根据权利要求1所述的基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置，其特征在于，还包括：

处理器及无线发射模块，用于将解调模块所给出各波峰转变为摆动加速度，将摆动加速度数据以无线传输的形式发射给用户。

6.根据权利要求5所述的基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置，其特征在于，所述处理器及无线发射模块依据各组光栅组中布拉格光栅形成的各反射波峰的峰值与摆动加速度的标定结果将解调模块所给出各波峰转变为摆动加速度。

7.根据权利要求5所述的基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置，其特征在于，所述处理器及无线发射模块通过如下方法计算将解调模块所给出各波峰转变为摆动加速度：

其中，i是纤芯的索引，∆λ _i 表示布拉格反射峰中心波长在两种应变状态下的差值，λ _i 表示当前布拉格反射峰中心波长，P为弹光系数，ε _i 是应变量，L _i 是纤芯与建筑拉索的弯曲中性层的距离，a是加速度，ρ(a)是拉索的曲率半径。

8.一种建筑拉索摆动加速度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

将权利要求1-7任一项所述基于多芯光纤光栅的建筑拉索摆动加速度测量装置的多芯光纤光栅摆动加速度传感器固定于建筑拉索上，发射宽光谱光进入所述多芯光纤光栅摆动加速度传感器的各纤芯，并解调获得宽光谱光经各组光栅组中布拉格光栅形成的各反射波峰的峰值；将所述反射波峰的峰值转变为摆动加速度，获得测量结果。

9.根据权利要求8所述的建筑拉索摆动加速度测量方法，其特征在于，所述多芯光纤光栅摆动加速度传感器平行于拉索，二者紧密接触，或存在固定的间距，所述多芯光纤光栅摆动加速度传感器中各组光栅组的布拉格光栅参数一次完成校准。

10.根据权利要求8所述的建筑拉索摆动加速度测量方法，其特征在于，所述多芯光纤光栅摆动加速度传感器不平行于拉索，二者紧密接触，或存在固定的间距，所述多芯光纤光栅摆动加速度传感器中各组光栅组的布拉格光栅参数分别单独完成校准。

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