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专利号: 2019106890230
申请人: 重庆大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种大量程光纤光栅位移监测系统,其特征在于:所述系统包括大量程光纤光栅位移监测装置和根据监测装置的光纤光栅波长漂移量计算待测目标位移的处理器,所述处理器与监测装置的光时域放射仪的输出端连接;

其中,所述大量程光纤光栅位移监测装置包括:用于监测待测目标的实时位移量并将所述实时位移量转换为可测位移量的位移采集传递组件和将所述可测位移量转换为光纤光栅的波长漂移并实时测量光纤光栅的波长的光纤测量组件,所述位移采集传递组件的输入端与待测目标固定连接,所述位移采集传递组件的输出端与所述光纤测量组件连接;

所述位移采集传递组件包括结构和尺寸均相同的第一测量臂和第二测量臂,所述第一测量臂和第二测量臂铰接形成X形结构,所述第一测量臂和第二测量臂的后端均向外折弯形成延伸测量子臂L3,第一测量臂后端端部和第二测量臂后端端部连线的中垂线过铰接点,第一测量臂的前端端部到铰接点的臂长L1小于第一测量臂的铰接点到折弯点的臂长L2,第二测量臂的前端端部到铰接点的臂长与第一测量臂的前端端部到铰接点的臂长长度相等,所述第一测量臂后端端部和第二测量臂后端端部均与待测目标固定连接,所述第一测量臂前端端部和第二测量臂前端端部与所述光纤测量组件连接;

所述光纤测量组件包括用于支撑光纤光栅的弹性基片、光纤光栅、光脉冲发射装置和用于检测所述光纤光栅波长变化的光时域放射仪,所述光纤光栅包括光纤光栅Ⅰ和光纤光栅Ⅱ,所述光纤光栅Ⅰ和光纤光栅Ⅱ对称设置在弹性基片的上表面和下表面,所述光纤光栅Ⅰ和光纤光栅Ⅱ串联后经光纤与所述光时域放射仪连接,所述光脉冲发射装置经耦合器与所述光时域放射仪和所述光纤的公共连接处连接,所述弹性基片相对的两侧分别与第一测量臂和第二测量臂的前端端部固定连接,且第一测量臂和第二测量臂的前端端部连线的中垂线与所述弹性基片的过铰接点的对称轴重合;

所述位移采集传递组件还包括第一阻尼弹簧和第二阻尼弹簧,所述第一阻尼弹簧和第二阻尼弹簧用于将位移采集传递组件的前端传递的位移量进一步转换,并将转换后的应变传递至所述弹性基片,所述第一阻尼弹簧设置于第一测量臂前端端部与弹性基片之间,所述第二阻尼弹簧设置于第二测量臂前端端部与弹性基片之间;

所述处理器按照如下方法计算待测目标的位移量LX:当第一测量臂和第二测量臂的后端端部受拉力时,待测目标的位移量LX采用如下方法计算:

其中,LX表示测量目标的位移,L1表示第一测量臂前端到铰接点的臂长度,L2表示第一测量铰接点到折弯点的臂长度,L3表示第一测量臂折弯部的臂长度,LS表示第一测量臂和第二测量臂的前端位移,θ1表示第一测量臂和第二测量臂铰接处的外角角度;θ2表示第一测量臂的第1个折弯部的预设外角角度;θ3表示第一测量臂后端端部与待测目标的预设外角角度;

当第一测量臂和第二测量臂的后端端部受压力时,待测目标的位移量LX采用如下方法计算:

其中,LX表示测量目标的位移,L1表示第一测量臂前端到铰接点的臂长度,L2表示第一测量铰接点到折弯点的臂长度,L3表示第一测量臂折弯部的臂长度,LS表示第一测量臂和第二测量臂的前端位移,θ1表示第一测量臂和第二测量臂铰接处的外角角度;θ2表示第一测量臂的第1个折弯部的预设外角角度;θ3表示第一测量臂后端端部与待测目标的预设外角角度;

其中,前端位移Ls采用如下方法计算,其中,LS表示第一测量臂和第二测量臂的前端位移,Δε表示光纤光栅组件的应变,Δλ表示光纤光栅波长变化值,λ表示光纤光栅波长值,A表示光纤光栅的原长度,K1表示光纤光栅的弹性基片的弹性系数,K2表示第一阻尼弹簧的弹性系数,K3表示第二阻尼弹簧的弹性系数,Kε表示光纤光栅的应变灵敏系数。

2.根据权利要求1所述大量程光纤光栅位移监测系统,其特征在于:还包括显示装置,所述显示装置的输入端与所述处理器的输出端连接。

3.根据权利要求1所述大量程光纤光栅位移监测系统,其特征在于:还包括储存器,所述处理器与存储器通信连接。