一种力平衡推挽式光纤二维倾斜测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种力平衡推挽式光纤二维倾斜测量装置，属于光纤干涉测量领域，它主要包括信号处理系统、信号采集系统、二维倾斜仪、光电复合缆以及通信线缆，二维倾斜仪主要包括内部框架、外部壳体、倾斜摆、光纤器件盒、光电转换电路，倾斜摆悬挂于内部框架顶部并能绕顶部一点做定点摆动，四个敏感光纤均匀分布于倾斜摆四周，通过与内部框架、倾斜摆等机械结构组件复合，同时以一定的预应力缠绕于倾斜摆和内部框架的两对缠纤柱上构成力平衡式推挽结构，两对推挽结构同时共用一个倾斜摆。本装置的优点是可以实现对空间一点的二维倾斜角度测量，而且可以实现较高的测量灵敏度。而且可以实现较高的测量灵敏度。而且可以实现较高的测量灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种力平衡推挽式光纤二维倾斜测量装置


[0001]本专利技术涉及一种力平衡推挽式光纤二维倾斜测量装置，属于光纤干涉测量领域。

技术介绍

[0002]地震是最具破坏力的自然灾害之一，而且大陆板块每时每刻都在移动，几乎每天都会发生地震，地震灾害对世人造成了无数的灾难。而我国又是地震多发的国家，20世纪以来，我国发生的具有破坏性的地震占全世界的30％以上，我国80％以上的省份均遭到过地震灾害的影响，严重影响了我国的国民经济发展与人民生命财产安全。在地震发生过程中，最直接的伴随现象就是地壳发生变形而产生的地形变，根据地表形变的精确测量能够推演出深地地壳的变形情况，可以实现对地壳运动与变形的监测，深化对地震孕育过程的认识，并为开展地震预测提供实验数据支撑。而高精度倾斜仪是地壳形变观测仪器的重要组成部分，同时也是固体潮汐形变观测的主要仪器之一，高精度倾斜仪广泛应用于地表形变监测、固体潮汐观测、大型陆基科学仪器(如激光干涉引力波天线LIGO)地面倾斜运动测量以及地质灾害的监测与预警等。
[0003]传统的倾斜仪主要分为长基线倾斜仪和短基线倾斜仪，其中长基线倾斜仪有水管倾斜仪，短基线倾斜仪有垂直摆倾斜仪、水平摆倾斜仪、气泡倾斜仪和折叠摆倾斜仪等，传统倾斜仪主要采用电容传感器、MEMS传感器等电学传感器，将电学测得的位移量换算为角度变化量，从而得到倾斜角度，但这类电学传感器在野外工作都会遇到一定的问题，比如体积重量大不利于搬运、抗干扰能力差无法实现连续稳定测量、不抗雷击易受天气影响。随着光学测量传感技术的发展，在很多测量领域光学或光纤测量技术以及逐渐取代原有的电学测量手段，光纤传感器抗电磁干扰能力强、高温工作稳定性好、抗腐蚀性优良等特点，应用领域越来越广泛。而且光纤传感器具有灵敏度高、动态范围大、长期可靠、稳定性好等优点，将光纤与不同的换能结构复合，能够实现对不同物理量的测量，如位移、速度、角度等。
[0004]专利号为CN102607523A的专利(孙琪真,戴怡,刘德明,张杰君,谭斯斯.基于激光拍频传感技术的高精度倾斜仪及测量方法[P].湖北：CN102607523A,2012
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25.)提出了一种将光纤光栅与传统水管倾斜仪结合的新型光学倾斜仪，主要测量方法是将测量光纤与液面上的浮子连接固定，当发生倾斜使两端地基有相对垂直位移时，倾斜仪中的液体会从相对抬高的一端流向相对降低的一端，于是两端液面的相对位置发生变化，带动液面上的浮子移动，两侧的测量光纤分别发生拉伸和收缩，使得光纤光栅产生的激光拍频发生变化，根据输出信号测得液面位置变化，再根据基线长度即可获得倾斜角度，虽然这种倾斜仪解调精度较高，结构相对简单，但是由于尺寸较大、重量较重，不易于搬运和挪动，仅适合在基站内长期观测。张文涛等人提出一种新型光纤倾斜仪，是将光纤光栅和倾斜摆(33)相结合测量倾斜的一种装置，将光纤光栅固定在摆的两侧，当摆因地基倾斜而发生摆动时，会带动两边的光纤光栅发生拉伸和收缩，从而根据光纤光栅测得的位移量换算得到摆的倾斜角度，这种结构简单，体积较小，但由于该结构中的摆仅依靠重力悬挂在横梁上，容易受到外界震动等干扰影响，摆体稳定性较差。
[0005]本专利技术提供一种力平衡推挽式光纤二维倾斜测量装置，其设计思想是：使用光纤干涉仪作为位移测量手段，同时利用折叠缠绕的形式增加传感光纤的长度，得益于长度累积效应可以实现高灵敏的位移测量以及倾斜角度测量。为此，同时在摆杆和外壳上安装缠纤柱并缠绕敏感光纤作为传感单元，当摆杆因倾斜而发生摆动时，可以带动摆杆两侧的敏感光纤发生拉伸和收缩，形成推挽结构，进一步提升测量灵敏度。在此基础上，摆杆顶部的铰链采用十字万向轴的结构，使得摆杆可以在水平面内沿任意角度发生摆动，结合摆杆四周的敏感单元可以实现对空间一点的二维倾斜角度测量。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了提供一种力平衡推挽式光纤二维倾斜测量装置。
[0007]本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术提出一种力平衡推挽式光纤二维倾斜测量装置，包括信号处理系统1、信号采集系统2、二维倾斜仪3、光电复合缆28以及通信线缆27，其中二维倾斜仪3采用力平衡式推挽结构，二维倾斜仪3通过中间隔板314将内部空间分为上下两部分，底层放置光纤器件盒34与光电转换电路35，上层放置内部框架31、倾斜摆33和敏感光纤43；倾斜摆33顶部通过十字万向轴331固定于框架顶部中间位置，可以绕顶部一点做定点摆动，底部摆锤336通过四周弹簧337与框架立柱313连接，敏感光纤43均匀分布于倾斜摆33的四周，并与内部框架31连接，其中敏感光纤43通过与倾斜摆33和内部框架31复合构成力平衡式推挽结构；敏感光纤A
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431、B
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432、C
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433、D
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434分别以一定的预应力缠绕于倾斜摆33和内部框架31上的2个成对的缠纤柱334之间，其中内部框架31上的缠纤柱334可以放置于框架立柱313或框架顶部，分别对应于敏感光纤43水平布置和垂直布置两种方案；十字万向轴331通过顶板连接端口3311固定于框架的顶部中间位置，并通过摆杆安装孔A3313与摆杆332顶端连接固定，通过顶丝安装孔A3314进行锁定，摆杆332可以绕十字万向轴331的十字转轴3312做定点摆动；缠纤柱安装座333位于十字万向轴331下方，通过摆杆安装孔B3331与摆杆332中上部连接固定，并通过顶丝安装孔B3333进行锁定，缠纤柱安装座333四周有4个缠纤柱安装孔3332用于安装缠纤柱334，与之位置对应的框架立柱313或框架顶部上也有4个安装位用于安装缠纤柱334，敏感光纤43以一定的预应力缠绕于成对的2个缠纤柱334之间；摆锤336位于缠纤柱安装座333下方，通过摆杆安装孔C3361与摆杆332底端连接固定，并通过顶丝安装孔C3362进行锁定，摆锤336四周有4个弹簧安装孔3363，与之位置对应的框架立柱313上也有4个弹簧固定槽口3134，弹簧337连接于弹簧安装孔3363和弹簧固定槽口3134之间，并通过顶丝安装孔D3364、E3135进行锁定，同时弹簧337的位置与敏感光纤43的位置一致。
[0008]本专利技术还包括这样一些结构特征：
[0009]1.所述的二维倾斜仪3，其传感光路部分包括耦合器A411、B412、一分二耦合器413、环形器A421、B422、敏感光纤A431、B432、C433、D434、反射镜A441、B442、C443、D444、相位调制器A451、B452，信号采集系统2输出的光经过光电复合缆28连接至一分二耦合器413的输入端口，一分二耦合器413的两个输出端口分别连接至两路传感光路；其中第一路，一分二耦合器413的一个输出端口连接至环形器A421的输入端口，环形器A421的第一输出端口连接至耦合器A411的一个输入端口，耦合器A411的一个输出端口通过敏感光纤A431连接至反射镜A441，另一个输出端口通过相位调制器A451和敏感光纤B432连接至反射镜B442，<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种力平衡推挽式光纤二维倾斜测量装置，其特征在于：包括信号处理系统(1)、信号采集系统(2)、二维倾斜仪(3)、光电复合缆(28)以及通信线缆(27)，其特征在于：二维倾斜仪(3)采用力平衡式推挽结构，二维倾斜仪(3)通过中间隔板(314)将内部空间分为上下两部分，底层放置光纤器件盒(34)与光电转换电路(35)，上层放置内部框架(31)、倾斜摆(33)和敏感光纤(43)；倾斜摆(33)顶部通过十字万向轴(331)固定于框架顶部中间位置，底部摆锤(336)通过四周弹簧(337)与框架立柱(313)连接，敏感光纤(43)均匀分布于倾斜摆(33)的四周，并与内部框架(31)连接，敏感光纤(43)通过与倾斜摆(33)和内部框架(31)复合构成力平衡式推挽结构；敏感光纤A、B、C、D(431、432、433、434)分别缠绕于倾斜摆(33)和内部框架(31)上的2个成对的缠纤柱(334)之间，内部框架(31)上的缠纤柱(334)放置于框架立柱(313)或框架顶部，分别对应于敏感光纤(43)水平布置和垂直布置两种方案；十字万向轴(331)通过顶板连接端口(3311)固定于框架的顶部中间位置，并通过摆杆安装孔A(3313)与摆杆(332)顶端连接固定，通过顶丝安装孔A(3314)进行锁定，摆杆(332)绕十字万向轴(331)的十字转轴(3312)做定点摆动；缠纤柱安装座(333)位于十字万向轴(331)下方，通过摆杆安装孔B(3331)与摆杆(332)中上部连接固定，并通过顶丝安装孔B(3333)进行锁定，缠纤柱安装座(333)四周有4个缠纤柱安装孔(3332)用于安装缠纤柱(334)，与之位置对应的框架立柱(313)或框架顶部上也有4个安装位用于安装缠纤柱(334)，敏感光纤(43)缠绕于成对的2个缠纤柱(334)之间；摆锤(336)位于缠纤柱安装座(333)下方，通过摆杆安装孔C(3361)与摆杆(332)底端连接固定，并通过顶丝安装孔C(3362)进行锁定，摆锤(336)四周有4个弹簧安装孔(3363)，与之位置对应的框架立柱(313)上也有4个弹簧固定槽口(3134)，弹簧(337)连接于弹簧安装孔(3363)和弹簧固定槽口(3134)之间，并通过顶丝安装孔D(3364)、E(3135)进行锁定，同时弹簧(337)的位置与敏感光纤(43)的位置一致。2.根据权利要求1所述的一种力平衡推挽式光纤二维倾斜测量装置，其特征在于：所述的二维倾斜仪(3)的传感光路部分包括耦合器A、B(411、412)、一分二耦合器(413)、环形器A、B(421、422)、敏感光纤A、B、C、D(431、432、433、434)、反射镜A、B、C、D(441、442、443、444)、相位调制器A、B(451、452)，信号采集系统(2)输出的光经过光电复合缆(28)连接至一分二耦合器(413)的输入端口，一分二耦合器(413)的两个输出端口分别连接至两路传感光路；其中第一路，一分二耦合器(413)的一个输出端口连接至环形器A(421)的输入端口，环形器A(421)的第一输出端口连接至耦合器A(411)的一个输入端口，耦合器A(411)的一个输出端口通过敏感光纤A(431)连接至反射镜A(441)，另一个输出端口通过相位调制器A(451)和敏感光纤B(432)连接至反射镜B(442)，环形器A(421)的第二输出端口和耦合器A(411)的另一个输入端口分别连接至光电转换电路(35)进行信号转换；第二路传感光路与第一路类似，最终环形器B(422)的第二输出端口和耦合器B(412)的一个输入端口分别连接至光电转换电路(35)进行信号转换，两路传感光路的干涉光信号转换为电信号后通过光电复合缆(28)输送到采集卡(24)进行采集，并由信号处理系统(1)进行分析处理。3.根据权利要求1所述的一种力平衡推挽式光纤二维倾斜测量装置，其特征在于：所述的二维倾斜仪(3)包括内部框架(31)、外部壳体(32)、倾斜摆(33)、光纤器件盒(34)、光电转换电路(35)，内部框架(31)包括框架底板(311)、中间隔板(314)、框架顶板(312)、框架立柱(313)，内部框架(31)整体呈圆柱形；框架底板(311)为圆板形，包括底板...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，唐乙平，祝海波，张毅博，田帅飞，张晓峻，姜富强，苑勇贵，苑立波，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：