一种分布式变形测量装置、方法与光纤光栅倾角传感器、结构，包括：外壳，外壳为底端开放的空心圆筒；一对等强度梁，分别设置在外壳内相对侧，一对等强度梁的内表面或者外表面上的相对侧设置有两个光纤光栅放置位；重物，设置在外壳的底部，重物的两端分别与一对等强度梁固定。由于光纤光栅放置位在相对侧，从而使得在变形时，光纤光栅放置位中一个受正应变作用，另一个受负应变作用，采用光纤光栅的波长漂移量的差值信息作为输出信号，因此，能够消除检测过程中的温度误差，继而，提高了光纤光栅倾角传感器的检测精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器检测领域，具体涉及一种分布式变形测量装置、方法与光纤光栅倾角传感器、结构。
技术介绍
对沿竖直方向不同高度或者深度处的倾斜、变形信息的监测在高层建筑、电力铁塔、高边坡等工程领域非常重要，通过监测，可掌握它们的倾斜、变形情况以及其变化趋势。这种倾斜或者变形的测量技术中，传统的电测斜仪应用非常普遍，例如在边坡的变形监测中，工作人员通过在边坡内部沿竖直方向钻孔，埋入商业测斜管，将电测斜仪放入测斜管中，从测斜管的底端开始，依次按照等高度的间隔提升电测斜仪，再记录下各个高度处的电测斜仪测量到的变形值，得到边坡沿竖直方向不同高度分布式变形信息。这种测量方法，由于电测斜仪的输出信号为弱电，一方面，仪器的抗电磁干扰能力差，读数不稳定；另一方面，工作人员的每次测量都必须到边坡现场实施，工作开展非常不便，不同的工作人员受主观影响后的读数结果也容易不同，而且无法做到实时监测，对边坡变形无法实时、及时的掌握。光纤光栅传感技术因其抗电磁干扰、可多个传感器串接复用、易于组网测量、可远程实时监测等突出优势，非常适合用于边坡等野外恶劣环境中的实时监测，因此基于光纤光栅原理的分布式变形测量技术的研究不断。现有技术中，例如文献《基于光纤光栅传感技术的边坡原位测斜及稳定性评估方法》和《基于光纤光栅的高陡边坡及危岩落石监测技术与应用研究》，以及公开号为101713650A的中国专利《一种光纤光栅测斜仪及测斜算法》中，均是将光纤光栅等长度间隔的直接粘贴于测斜管表面，测斜管在边坡变形的作用下产生弯曲变形，光纤光栅感知测斜管的弯曲应变，通过测量光纤光栅在弯曲应变作用下的波长漂移，得出测斜管的应变分布信息，再利用这些应变分布信息，结合理论算法，推导出测斜管的变形信息。现有技术的不足在于：由于光纤光栅直接粘贴在测斜管表面，光纤光栅粘贴处的测斜管弯曲应变不一定为均匀应变，非均匀的应变作用会使光纤光栅产生啁啾现象，导致光纤光栅传感失效；现有技术提供的理论算法，需要通过光纤光栅测量到的弯曲应变反推出测斜管的转角信息，再推导出变形信息，计算麻烦且误差大；光纤光栅直接粘贴在测斜管表面，埋入至边坡等工程内部使用后，无法取出再次应用到其他工程，不可重复性使用，成本高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于减少利用光纤光栅测量分布式变形的检测误差，提高检测精度。为此，根据第一方面，本专利技术实施例公开一种光纤光栅倾角传感器结构，包括：外壳，外壳为底端开放的空心圆筒；一对等强度梁，分别设置在外壳内相对侧，一对等强度梁的内表面或者外表面上的相对侧设置有光纤光栅
放置位；重物，设置在外壳的底部，重物的两端分别与一对等强度梁固定。进一步，还包括：多个导向凸起，多个导向凸起设置在外壳的外表面；多个导向凸起分别与多个目标凹槽相匹配。进一步，还包括：顶板，与外壳的顶端连接，一对等强度梁的顶端分别与顶板连接；顶板上开设有贯穿其上下表面的顶板通孔，顶板通孔与空心圆筒的出纤通孔连通。进一步，外壳的上表面上设置有环钩。进一步，还包括：底盖，与外壳的底端连接，以对空心圆筒进行密封；底盖上开设有贯穿其上下表面的底盖通孔，底盖通孔与空心圆筒连通。进一步，底盖的下表面上设置有环钩。根据第二方面，本专利技术实施例公开一种光纤光栅倾角传感器，包括：上述的光纤光栅倾角传感器结构；一对光纤光栅，分别设置在一对等强度梁的光纤光栅放置位。根据第三方面，本专利技术实施例公开一种分布式变形测量装置，包括：级联的n个上述的光纤光栅倾角传感器，n为大于或等于2的整数；本级传感器的外壳的底端通过绳索连接至下级传感器的外壳的顶端；各光纤光栅的尾纤串接于同一光纤；商业测斜管，为中空结构，内部有凹槽，用于可拆卸放置所述级联的n个所述的光纤光栅倾角传感器。根据第四方面，本专利技术实施例公开一种采用上述分布式变形测量装置的分布式变形测量方法，包括：采集第i+1个光纤光栅倾角传感器的信号得到第i+1个光纤光栅倾角传感器反馈的倾角θi+1，其中，i为整数，且1≤i＜n；获取第i+1个光纤光栅
倾角传感器相对于第i个光纤光栅倾角传感器的相对长度L；根据第i+1个光纤光栅倾角传感器反馈的倾角θi+1和相对长度L得到第i+1个光纤光栅倾角传感器相对于第i个光纤光栅倾角传感器的相对水平位移di+1；累加第1个至第i+1个光纤光栅倾角传感器相对于前一个光纤光栅倾角传感器的相对水平位移，得到第i+1个光纤光栅倾角传感器所在位置相对于分布式变形测量装置末端的水平变形位移Di+1。进一步，采用如下公式得到相对水平位移di+1：di+1＝Lsinθi+1。本专利技术技术方案，具有如下优点：本专利技术实施例提供的技术方案，由于在外壳内相对侧上设置一对等强度梁，等强度梁的内表面或者外表面上的相对侧设置有光纤光栅放置位，并且，一对等强度梁分别与重物的两端固定，从而在发生倾斜时，在该重物的作用下，使得该一对等强度梁发生形变，通过放置在光纤光栅放置位上的光纤光栅可以采集到该倾斜值，由于光纤光栅放置位在相对侧，从而使得在变形时，光纤光栅放置位中一个受正应变作用，另一个受负应变作用，可以采用光纤光栅的波长漂移量的差值信息作为输出信号，因此，能够减少检测过程中的温度误差，继而，提高了光纤光栅倾角传感器的检测精度。作为优选的技术方案，在外壳的外表面设置多个导向凸起，该多个导向凸起分别与多个目标凹槽相匹配，从而，使得光纤光栅倾角传感器能够更好地贴合在目标商业斜管中，并且能够按照多个目标凹槽形成的目标轨迹进行移动。作为优选的技术方案，在顶板上开设有贯穿其上下表面的出纤通孔，
出纤通孔与空心圆筒连通，在底盖上开设有贯穿其上下表面的底盖通孔，底盖通孔与空心圆筒连通，从而使得设置在空心圆筒内的光纤光栅能够通过该出纤通孔或者底盖通孔与上级光纤光栅或者下级光纤光栅进行串接，实现多个光纤光栅的复用。对于分布式变形测量装置，由于级联了n个光纤光栅倾角传感器，从而，使得该分布式变形测量装置能够置放在较长的商业测斜管中，对商业测斜管内各个目标区域的变形倾斜进行检测。此外，当完成某次测量工程结束后，即使商业测斜管因固定或者埋入测量对象后无法取出，级联的n个光纤光栅倾角传感器则可从商业测斜管中取出，再次使用时，只需要设置另外的商业测斜管，再将级联的n个光纤光栅倾角传感器放入测斜管中，从而，使得级联的传感器能够重复使用，节约了测量成本。作为优选的技术方案，顶板的上表面上设置有环钩，底盖的下表面上设置有环钩，从而使得上下级的光纤光栅倾角传感器能够分别通过这些环钩进行机械串接。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中一种光纤光栅倾角传感器结构示意图；图2为本专利技术实施例中一种光纤光栅倾角传感器平面示意简图；图3a和图3b为本专利技术实施例中一种分布式变形测量装置结构示意，其中，图3a为分布式变形测量装置测量时的一种状态示意图，图3b为分布式变形测量装置测量时的另一种状态示意图；图4为本专利技术实施例中一种分布式变形测量方本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光纤光栅倾角传感器结构，其特征在于，包括：外壳(1)，所述外壳(1)为底端开放的空心圆筒；一对等强度梁(10)，分别设置在所述外壳(1)内相对侧，所述一对等强度梁(10)的内表面或者外表面上的相对侧设置有光纤光栅放置位；重物(13)，设置在所述外壳(1)的底部，所述重物(13)的两端分别与所述一对等强度梁(10)固定。
【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅倾角传感器结构，其特征在于，包括：外壳(1)，所述外壳(1)为底端开放的空心圆筒；一对等强度梁(10)，分别设置在所述外壳(1)内相对侧，所述一对等强度梁(10)的内表面或者外表面上的相对侧设置有光纤光栅放置位；重物(13)，设置在所述外壳(1)的底部，所述重物(13)的两端分别与所述一对等强度梁(10)固定。2.如权利要求1所述的光纤光栅倾角传感器结构，其特征在于，还包括：多个导向凸起(2)，所述多个导向凸起(2)设置在所述外壳(1)的外表面；所述多个导向凸起(2)分别与多个目标凹槽相匹配。3.如权利要求1或2所述的光纤光栅倾角传感器结构，其特征在于，还包括：顶板(6)，与所述外壳(1)的顶端连接，所述一对等强度梁(10)的顶端分别与所述顶板(6)连接；所述顶板(6)上开设有贯穿其上下表面的顶板通孔(7)，所述顶板通孔(7)与所述空心圆筒的出纤通孔(4)连通。4.如权利要求3所述的光纤光栅倾角传感器结构，其特征在于，所述外壳(1)的上表面上设置有环钩。5.如权利要求3所述的光纤光栅倾角传感器结构，其特征在于，还包括：底盖(16)，与所述外壳(1)的底端连接，以对所述空心圆筒进行密封；所述底盖(16)上开设有贯穿其上下表面的底盖通孔(17)，所述底盖通孔(17)与所述空心圆筒连通。6.如权利要求5所述的光纤光栅倾角传感器结构，其特征在于，所述底盖(16)的下表面上设置有环钩。7.一种光纤光栅倾角传感器，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔建益，付建军，郭永兴，王兴东，秦丽，李公法，李鹏，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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