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专利号: 2023108012881
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种光纤光栅曲率传感器的扭转补偿系统,其特征在于,包括:

光纤光栅曲率传感器(10),安装在刮板输送机上;

角度传感器(20),包括两个且分别安装在所述光纤光栅曲率传感器(10)的两侧,配置为通过监测所述光纤光栅曲率传感器(10)两端的差值获得光纤光栅曲率传感器(10)的扭转角度;

光纤光栅串(30),布置在所述光纤光栅曲率传感器(10)上形成多个光栅测点(30A),配置为感知所述光纤光栅曲率传感器(10)的中心波长;

光纤光栅解调仪(40),与所述光纤光栅串(30)相耦接,配置为将所述光纤光栅串(30)所感知的中心波长的光信号转化为电信号;

计算机(50),其分别与所述角度传感器(20)和所述光纤光栅解调仪(40)相耦接,配置为基于接收的所述扭转角度和所述中心波长剔除扭转引起的光纤光栅波长变化量,以获得光栅测点(30A)所在的位置经扭转补偿后的曲率;

其中,所述计算机(50)包括:

第一修正模块,所述第一修正模块配置为基于光栅波长变化量对光纤光栅串感知的正应变εa进行修正;

第二修正模块,所述第二修正模块配置为基于修正后的光纤光栅串(30)感知的正应变εa对受弯曲与扭转叠加作用的光纤光栅曲率传感器(10)的曲率进行修正,以获得光栅测点(30A)所在的位置经扭转补偿后的曲率K。

2.根据权利要求1所述的光纤光栅曲率传感器的扭转补偿系统,其特征在于,所述光纤光栅串(30)包括:沿着所述光纤光栅曲率传感器(10)延伸方向布置的第一光纤光栅串(31);

沿着所述光纤光栅曲率传感器(10)延伸方向布置的第二光纤光栅串(32);

其中,所述第一光纤光栅串(31)与所述第二光纤光栅串(32)在所述光纤光栅曲率传感器(10)的周向方向上间隔90度。

3.根据权利要求1所述的光纤光栅曲率传感器的扭转补偿系统,其特征在于,光纤光栅曲率传感器(10)弯曲致使光纤光栅产生正应变的修正公式为:式中,r为光纤光栅距离形心的距离,为刮板输送机光纤光栅曲率传感器(10)的扭转误差角,l为刮板输送机光纤光栅曲率传感器(10)的长度,Δλ为光栅波长变化量,λB为光纤光栅的初始波长,Pe为光纤的有效弹光系数。

4.根据权利要求1所述的光纤光栅曲率传感器的扭转补偿系统,其特征在于,光栅测点(30A)所在位置的曲率K经过扭转补偿后的修正表达式为:式中,r为光纤光栅距离形心的距离,为刮板输送机光纤光栅曲率传感器(10)的扭转误差角,l为刮板输送机光纤光栅曲率传感器(10)的长度,Δλ为光栅波长变化量,λB为光纤光栅的初始波长,M为光纤光栅的曲率灵敏度系数。

5.根据权利要求1所述的光纤光栅曲率传感器的扭转补偿系统,其特征在于,所述计算机(50)还包括:可视化模块,其配置为能够基于补偿后的曲率信息,通过离散曲率连续化算法实现刮板输送机的二维曲线与三维曲线的可视化。

6.根据权利要求1所述的光纤光栅曲率传感器的扭转补偿系统,其特征在于,还包括:服务器(60),其一端分别与所述角度传感器(20)、所述光纤光栅解调仪(40)相耦接,其另一端与所述计算机(50)相耦接,配置为接收并存储所述扭转角度和所述中心波长,并使得所述服务器(60)内存储的所述扭转角度和所述中心波长能够被所述计算机(50)调用。

7.一种如权利要求1至权利要求6中任意一项所述的光纤光栅曲率传感器的扭转补偿系统的补偿方法,其特征在于,包括如下步骤:S10:由角度传感器(20)监测所述光纤光栅曲率传感器(10)两端的差值获得光纤光栅曲率传感器(10)的扭转角度 由光纤光栅串(30)监测所述光纤光栅曲率传感器(10)上各个光栅测点(30A)的中心波长;

S20:由计算机(50)基于光栅波长变化量对光纤光栅串(30)感知的正应变εa进行修正;

S30:由计算机(50)基于修正后的光纤光栅串(30)感知的正应变εa,对受弯曲与扭转叠加作用的光纤光栅曲率传感器(10)曲率进行修正,并获得光栅测点(30A)所在位置经过扭转补偿后的曲率K。

8.根据权利要求7所述的光纤光栅曲率传感器的扭转补偿系统的补偿方法,其特征在于,在步骤S30之后还包括:

所述计算机(50)还能够基于补偿后的曲率信息,通过离散曲率连续化算法实现刮板输送机的二维曲线与三维曲线的可视化。

9.根据权利要求7所述的光纤光栅曲率传感器的扭转补偿系统的补偿方法,其特征在于,在步骤S20中,光纤光栅曲率传感器(10)弯曲致使光纤光栅产生正应变的修正公式为:式中,r为光纤光栅距离形心的距离,为刮板输送机光纤光栅曲率传感器(10)的扭转误差角,l为刮板输送机光纤光栅曲率传感器(10)的长度,Δλ为光栅波长变化量,λB为光纤光栅的初始波长,Pe为光纤的有效弹光系数。

10.根据权利要求7所述的光纤光栅曲率传感器的扭转补偿系统的补偿方法,其特征在于,在步骤S30中,光栅测点(30A)所在位置的曲率K经过扭转补偿后的修正表达式为:式中,式中,r为光纤光栅距离形心的距离,为刮板输送机光纤光栅曲率传感器(10)的扭转误差角,l为刮板输送机光纤光栅曲率传感器(10)的长度,Δλ为光栅波长变化量,λB为光纤光栅的初始波长,M为光纤光栅的曲率灵敏度系数。