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专利号: 201910689674X
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:

1.一种光纤光栅宽量程位移监测装置,其特征在于:包括:壳体和设置于壳体内的光纤光栅位移测量组件,所述光纤光栅位移测量组件包括输入端与待测目标固定连接的位移感知组件、输入端与所述位移感知组件的输出端连接的位移转换组件和输入端与位移转换组件输出端连接的位移测量组件;

所述位移转换组件包括横杆、弹片、第一转换组件和第二转换组件;

所述第一转换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,所述横杆包括结构和尺寸均相同的上横杆和下横杆,所述上横杆和下横杆铰接,所述上横杆非铰接端与第一测量臂的前端端部铰接,所述下横杆非铰接端与第二测量臂前端端部铰接,所述上横杆和下横杆的铰接点作为第一转换组件的输入端与位移感知组件铰接,所述第一测量臂与横杆铰接的一端到第一转换组件铰接点的臂长长度大于第一转换组件铰接点到第一测量臂另一端端部的臂长长度,所述第二测量臂与横杆铰接的一端到第一转换组件铰接点的臂长长度与第一测量臂与横杆铰接的一端到第一转换组件铰接点的臂长长度相等,且第一测量臂前端顶部和第二测量臂前端顶部连线的中垂线过第一转换组件的铰接点;

所述第二转换组件的结构与第一转换组件的结构相同,所述第二转换组件的输入端与所述第一转换组件的输出端连接,第二转换组件包括第三测量臂和第四测量臂,所述第三测量臂的前端端部与第一测量臂的后端端部铰接,所述第四测量臂的前端端部与第二测量臂的后端端部铰接,所述第三测量臂与第一测量臂的后端端部的铰接点到第二转换组件铰接点的臂长长度大于第二转换组件铰接点到第三测量臂另一端端部的臂长长度,所述第四测量臂与第二测量臂的后端端部铰接点到第二转换组件铰接点的臂长长度与第三测量臂与第一测量臂的后端端部铰接点到第二转换组件铰接点的臂长长度相等,且第三测量臂后端端部和第四测量臂后端端部连线的中垂线过第二转换组件的铰接点;

所述弹片宽边方向的两端分别与第四测量臂后端端部和第三测量臂后端端部固定连接;

且第一转换组件铰接点、第二转换组件铰接点、横杆铰接点和弹片两端连线的中点位于同一条直线上。

2.根据权利要求1所述光纤光栅宽量程位移监测装置,其特征在于:所述位移测量组件包括光纤光栅Ⅰ、光纤光栅Ⅱ、光纤、带宽光源、光谱仪和耦合器,所述光纤光栅Ⅰ和光纤光栅Ⅱ对称设置在弹片的两侧,且光纤光栅Ⅰ的中垂线过第二转换组件的铰接点,所述光纤光栅Ⅰ的一端经光纤与光纤光栅Ⅱ串联,光纤光栅Ⅰ的另一端经光纤与耦合器连接,所述带宽光源经光纤与耦合器连接,所述光谱仪经光纤与耦合器连接。

3.根据权利要求1所述光纤光栅宽量程位移监测装置,其特征在于:所述位移感知组件为悬臂,所述悬臂一端与横杆的中点固定连接,所述悬臂另一端贯穿所述壳体与待测目标固定连接。

4.根据权利要求3所述光纤光栅宽量程位移监测装置,其特征在于:所述悬臂外侧壁套设有滑动轴承,所述滑动轴承设置于悬臂贯穿壳体的过孔处,并与过孔固定连接。

5.根据权利要求2所述光纤光栅宽量程位移监测装置,其特征在于:所述光纤光栅Ⅰ和光纤光栅Ⅱ使用相同的光纤制作而成且二者的中心波长不同。

6.根据权利要求1所述光纤光栅宽量程位移监测装置,其特征在于:所述第一测量臂和第二测量臂沿测量臂长度方向依次对称等间距设置有至少两列铰接过孔。

7.一种光纤光栅宽量程位移检测系统,其特征在于:包括权利要求1-6任一所述的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谱仪的输出端连接;

所述处理器按照如下方法计算待测目标的位移△l:

其中,Δl表示测量目标的位移,L1表示第一测量臂后端端部到铰接点的臂长长度,L2表示第一测量臂前端端部到铰接点的臂长度,L3表示第三测量臂后端端部到铰接点的臂长度,L4表示第三测量臂前端端部到铰接点的臂长度,w表示弹片未受力的初始长度,Δw表示弹片受力后的形变量;

其中,弹片形变量Δw采用如下方法计算:

Δw=Δεw                            (2)

其中,Δw表示弹片受力后的形变量,Δε表示计算出的光纤光栅发生的应变;w表示弹片未受力的初始长度;

其中,光纤光栅发生的应变Δε采用如下方法计算:

其中,Δλ表示光纤光栅波长变化值;λ表示光纤光栅初始波长值;Kε表示光纤光栅的应变灵敏系数。