一种基于光纤光栅的二维倾角传感器及倾角测量方法技术

技术编号:36469166 阅读:17 留言:0更新日期:2023-01-25 23:10
本发明专利技术提供一种基于光纤光栅的二维倾角传感器及倾角测量方法,所述传感器包括:底座;支撑件,竖直固定于底座上;第一悬臂梁,固定于支撑件上,第一侧和第二侧设有光纤光栅传感器,末端设有配重块;第二悬臂梁,固定于支撑件上,第三侧和第四侧设有光纤光栅传感器,末端设有配重块;单模光纤,依次连接四个光纤光栅传感器。所述方法包括:分别设置两个悬臂梁,通过检测同一悬臂梁上两个光纤光栅传感器的布拉格波长差确定被测平面在相应悬臂梁所在方向上的倾角。本发明专利技术的测量结果不受环境影响,并且能够同时测量二维倾角。并且能够同时测量二维倾角。并且能够同时测量二维倾角。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤光栅的二维倾角传感器及倾角测量方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感
,尤其涉及一种基于光纤光栅的二维倾角传感器及倾角测量方法。

技术介绍

[0002]倾角传感器是结构安全监测技术的一个重要部分,被广泛应用于桥梁倾斜监测、滑坡监测、输电线路杆塔倾斜监测等领域。传统倾角传感器多为电子式的,但在面对特殊环境时无法保证测量的准确性。例如在强电磁电场环境下会存在电磁干扰的问题,在面积大的环境下存在无法长期实时在线监测的问题,在温度变化快的环境下会出现温度漂移大的问题。现有的光纤光栅倾角传感器的结构复杂,制作比较困难,存在温度交叉敏感问题,同时无法对二维倾角同时测量。

技术实现思路

[0003]鉴于此,本专利技术实施例提供了一种基于光纤光栅的二维倾角传感器及倾角测量方法,以解决现有倾角传感器测量结果易受环境影响且无法对二维倾角同时测量的问题。
[0004]本专利技术的一个方面提供了一种基于光纤光栅的二维倾角传感器,包括:底座;支撑件,所述支撑件竖直固定于所述底座上;第一悬臂梁,所述第一悬臂梁通过悬臂梁固定夹具固定于所述支撑件上,所述第一悬臂梁的第一侧和所述第一侧相对的第二侧分别设有一个光纤光栅传感器,所述第一悬臂梁末端设有第一配重块,所述第一悬臂梁仅能沿所述第一侧和所述第二侧所在平面的第一方向摆动;第二悬臂梁,所述第二悬臂梁通过悬臂梁固定夹具固定于所述支撑件上,所述第二悬臂的第三侧和所述第三侧相对的第四侧分别设有一个光纤光栅传感器,所述第二悬臂梁末端设有第二配重块,所述第二悬臂梁仅能沿所述第三侧和所述第四侧所在平面的第二方向摆动;所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁垂直于所述底座;所述第一侧、所述第二侧所在的平面与所述第三侧、所述第四侧所在的平面垂直;多个单模光纤,依次将所述第一悬臂梁上的两个光纤光栅传感和所述第二悬臂梁上的两个光纤光栅传感器串联起来构成完整的测量光路;其中,采用所述基于光纤光栅的二维倾角传感器测量待测平面倾角时,所述第一悬臂梁在所述第一配重块的重力作用下发生形变并产生应力变化,所述第一侧和所述第二侧的光纤光栅传感器将所述第一悬臂梁受到的应力变化转化为布拉格波长变化,将所述第一侧光纤光栅传感器的布拉格波长变化与所述第二侧光纤光栅传感器的布拉格波长变化作差得到第一布拉格波长差,根据所述第一布拉格波长差与倾角的对应关系确定所述待测平面在所述第一方向的第一倾角;所述第二悬臂梁在所述第二配重块的重力作用下发生形
变并产生应力变化,所述第三侧和所述第四侧光纤光栅传感器将所述第二悬臂梁受到的应力变化转化为布拉格波长变化,将所述第三侧光纤光栅传感器的布拉格波长变化与所述第四侧光纤光栅传感器的布拉格波长变化作差得到第二布拉格波长差,根据所述第二布拉格波长差与倾角的对应关系确定所述待测平面在所述第二方向的第二倾角。
[0005]在一些实施例中,还包括:不锈钢外壳,所述底座、所述支撑件、所述第一悬臂梁、所述第二悬臂梁、所述第一配重块、所述第二配重块、所述第一悬臂梁上的两个光纤光栅传感器、所述第二悬臂梁上的两个光纤光栅传感器以及所述单模光纤均设置于所述不锈钢外壳内部。
[0006]在一些实施例中,还包括:数据处理装置,所述数据处理装置与单模光纤连接,以对所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁上的光纤光栅传感器的布拉格波长变化数据进行处理。
[0007]在一些实施例中,所述数据处理器通过Wifi模块、zigbee模块和/或蓝牙模块将处理完的布拉格波长变化数据传输给数据存储装置以对测量结果进行保存。
[0008]在一些实施例中,所述底座、所述支撑件、所述第一悬臂梁、所述第二悬臂梁、所述第一配重块以及所述第二配重块均由不锈钢材料制作而成。
[0009]在一些实施例中,所述底座、所述支撑板、所述第一悬臂梁、所述第二悬臂梁、所述第一配重块以及所述第二配重块表面均涂有隔热涂层。
[0010]在一些实施例中,所述底座底部设有防滑橡胶垫。
[0011]在一些实施例中,所述第一侧和所述第二侧的光纤光栅传感器规格相同,所述第三侧和所述第四侧的光纤光栅传感器规格相同。
[0012]本专利技术的另一方面提供了一种基于光纤光栅的二维倾角传感器的倾角测量方法,所述方法包括:获取第一悬臂梁上两个光纤光栅传感器的第一布拉格波长差与倾角的对应关系以及第二悬臂梁上两个光纤光栅传感器的第二布拉格波长差与倾角的对应关系;将所述基于光纤光栅的二维倾角传感器放置在待测平面,监测所述第一悬臂梁上两个光纤光栅传感器的布拉格波长变化,将所述第一悬臂梁上两个光纤光栅传感器的布拉格波长变化作差得到所述第一布拉格波长差,根据所述第一布拉格波长差与倾角的对应关系确定所述待测平面在第一方向的第一倾角;监测所述第二悬臂梁上两个光纤光栅传感器的布拉格波长变化,将所述第二悬臂梁上两个光纤光栅传感器的布拉格波长变化作差得到所述第二布拉格波长差,根据所述第二布拉格波长差与倾角的对应关系确定所述待测平面在第二方向的第二倾角。
[0013]在一些实施例中,获取第一悬臂梁上两个光纤光栅传感器的第一布拉格波长差与角的对应关系以及第二悬臂梁上两个光纤光栅传感器的第二布拉格波长差与倾角的对应关系之前,还包括:将所述二维倾角传感器布置在沿第一方向和第二方向的多个预设倾角斜面上;采用所述二维倾角传感器测量各斜面的倾角,获取各预设倾角对应的所述第一布拉格波长差,并拟合得到所述第一布拉格波长差与所述第一方向上各预设倾角的对应关系;获取所述第二方向上各预设倾角对应的所述第二布拉格波长差,并拟合得到所述第二布拉格波长差与所述第二方向上各预设倾角的对应关系。
[0014]本专利技术的有益效果至少是:本专利技术所述基于光纤光栅的二维倾角传感器及倾角测量方法,测量倾角过程中,悬臂梁受到配重块的重力作用发生形变产生应力变化,同一悬臂梁上两个光纤光栅传感器将悬臂梁的应力变化转化为布拉格波长变化,将两个光纤光栅传感器的布拉格波长变化作差,通过检测同一个悬臂梁上两个光纤光栅传感器之间的布拉格波长差以确定测量平面在相应悬臂梁所在方向上的倾角。将对倾角的测量转化为对悬臂梁受到的应力的测量,提高了测量的便利。
[0015]进一步地,分别设置两个悬臂梁对二维平面在X轴和Y轴方向上的两个倾角同时进行测量,提高了测量的便利性。
[0016]进一步地,光纤光栅传感器具有抗干扰、灵敏度高、空间分辨率高、耐腐蚀的特点,所以本专利技术基于光纤光栅的二维倾角传感器在复杂的环境下也能够准确地测量出平面的二维倾角。
[0017]进一步地,将同一悬臂梁上两个光纤光栅传感器的布拉格波长变化作差,能够消除温度对布拉格波长变化的影响,提高了测量的准确性。
[0018]进一步地,本专利技术的二维倾角传感器结构简单可靠,易于安装,体积小重量轻,能够有效节约成本。
[0019]本专利技术的附加优点、目的,以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述,且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显,或者可以根据本专利技术的实践而获知。本专利技术的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅的二维倾角传感器,其特征在于,包括:底座;支撑件,所述支撑件竖直固定于所述底座上;第一悬臂梁,所述第一悬臂梁通过悬臂梁固定夹具固定于所述支撑件上,所述第一悬臂梁的第一侧和所述第一侧相对的第二侧分别设有一个光纤光栅传感器,所述第一悬臂梁末端设有第一配重块,所述第一悬臂梁仅能沿所述第一侧和所述第二侧所在平面的第一方向摆动;第二悬臂梁,所述第二悬臂梁通过悬臂梁固定夹具固定于所述支撑件上,所述第二悬臂梁的第三侧和所述第三侧相对的第四侧分别设有一个光纤光栅传感器,所述第二悬臂梁末端设有第二配重块,所述第二悬臂梁仅能沿所述第三侧和所述第四侧所在平面的第二方向摆动;所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁垂直于所述底座;所述第一侧、所述第二侧所在的平面与所述第三侧、所述第四侧所在的平面垂直;多个单模光纤,依次将所述第一悬臂梁上的两个光纤光栅传感和所述第二悬臂梁上的两个光纤光栅传感器串联起来构成完整的测量光路;其中,采用所述基于光纤光栅的二维倾角传感器测量待测平面倾角时,所述第一悬臂梁在所述第一配重块的重力作用下发生形变并产生应力变化,所述第一侧和所述第二侧的光纤光栅传感器将所述第一悬臂梁受到的应力变化转化为布拉格波长变化,将所述第一侧光纤光栅传感器的布拉格波长变化与所述第二侧光纤光栅传感器的布拉格波长变化作差得到第一布拉格波长差,根据所述第一布拉格波长差与倾角的对应关系确定所述待测平面在所述第一方向的第一倾角;所述第二悬臂梁在所述第二配重块的重力作用下发生形变并产生应力变化,所述第三侧和所述第四侧光纤光栅传感器将所述第二悬臂梁受到的应力变化转化为布拉格波长变化,将所述第三侧光纤光栅传感器的布拉格波长变化与所述第四侧光纤光栅传感器的布拉格波长变化作差得到第二布拉格波长差,根据所述第二布拉格波长差与倾角的对应关系确定所述待测平面在所述第二方向的第二倾角。2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的二维倾角传感器,其特征在于,还包括:不锈钢外壳,所述底座、所述支撑件、所述第一悬臂梁、所述第二悬臂梁、所述第一配重块、所述第二配重块、所述第一悬臂梁上的两个光纤光栅传感器、所述第二悬臂梁上的两个光纤光栅传感器以及所述单模光纤均设置于所述不锈钢外壳内部。3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的二维倾角传感器,其特征在于,还包括:数据处理装置,所述数据处理装置与单模光纤连接,以对所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁上的光纤光栅传感器的布拉格波长变化数据进行处理。4.根据权利要求3所述的基于光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈聪聪周瑞翟桐杨方
申请(专利权)人:北京精诚恒创科技有限公司
类型:发明
国别省市:

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