使用光纤布拉格光栅传感器测量会聚的装置和方法制造方法及图纸

公开了一种使用测量轻微变形的光纤布拉格光栅传感器测量会聚的装置及使用该装置的测量方法，当包括桥梁或隧道的测量目标倾斜或振动时，该装置能通过测量光纤布拉格光栅传感器的变形测量该测量目标的会聚（例如，倾斜或者重力加速度）。该装置包括：主体，安装在测量目标上；固定装置，固定地安装在主体的前部；转子，水平地安装为与固定装置相隔预定距离并通过轴承可旋转地安装在主体内；光纤，附着于固定装置和转子的上部外表面以维持水平张紧状态，该光纤在其相对端上安装有光端机；光纤布拉格光栅传感器，安装在固定装置与转子之间的光纤上；摆锤，通过具有预定长度的支撑件垂直连接于转子的下部。在设置参考值之后，该装置安装在测量目标上，然后计算地面变化造成的位移量，以测量角位移和重力加速度位移的值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及 一 种使用光纤布拉格光栅传感器测量会聚(convergence)的装置和方法。更具体地，本专利技术涉及一种^f吏用测量 轻微变形的光纤布拉格光栅传感器测量会聚的装置以及使用该装置的 测量方法，其中，当包括桥梁或隧道的测量目标倾斜或者振动时，该 装置能够通过测量光纤布拉格光栅传感器的变形，测量该测量目标的 会聚(例如，倾斜或者重力加速度)。
技术介绍
通常，地铁的隧道可能由于地面上传播的震动或者地铁营运时产 生的振动和噪声造成变形。因此，隧道需要定期的会聚测量。在隧道中，会聚测量被用于测量隧道内部横截面的特征，以确定 隧道是否稳定，而且会聚测量主要包括隧道的倾斜测量或由噪声和振 动造成的重力加速度的测量。传统地，使用电阻计测量隧道会聚。然而，该测量法具有低精确 度，而且尤其当地铁营运时，由于电磁波的干扰难以提供可靠的测量 值。因而该测量法不能实时地实现，只有在地铁营运完成之后才能执 行。然而，考虑到隧道会聚显著地受营运速度和地铁负载的物理干扰， 地铁营运时测量不能执行的事实被认为是 一 个重大的问题。
技术实现思路
技术问题本专利技术用于解决发生在现有技术中的上述问题，而且本专利技术的目 标是提供一种使用光纤布拉格光栅传感器测量会聚的装置，该装置被 安装在例如地铁隧道的测量目标上，并且不受电磁波的干扰，从而不用考虑地铁的营运，在任何时候都能执行测量，因而可以进行更精确 的测量。技术方案为了实现该目标，根据本专利技术的一个方面，提供了一种使用光纤 布拉格光栅传感器测量会聚的装置，其被安装在测量目标上，从而能够测量由所述测量目标的变形造成的角位移值。所述装置包括主体， 其被安装在所述测量目标上；固定装置，其被固定地安装在所述主体 的前部；转子，其被水平地安装为与所述固定装置相隔预定距离，并 通过轴承被可旋转地安装在所述主体内；光纤，其被附着于所述固定 装置和所述转子的上部外表面以保持水平张紧状态；光纤布拉格光栅 传感器，其被安装在位于所述固定装置与所述转子之间的所述光纤上； 以及摆锤，其通过具有预定长度的支撑件被垂直地连接于所述转子的 下部。根据本专利技术的另 一个方面，提供了 一种使用光纤布拉格光栅传感 器测量会聚的装置，其被安装在测量目标上，从而能够测量由变形造 成的重力加速度的变化值。所述装置包括主体，其被安装在所述测 量目标上；固定装置，其被固定地安装在所述主体的前部；转子，其 被水平地安装为与所述固定装置相隔预定距离，并且通过轴承被可旋 转地安装在所述主体内；上光纤和下光纤，其被附着于所述固定装置 和所述转子的上部外表面和下部外表面以保持水平张紧状态；光纤布 拉格光栅传感器，其被安装在位于所述转子的上部外表面与所述固定 装置之间的所述上光纤上；以及摆锤，其通过具有预定距离的支撑件 被垂直地连接于所述转子的下部。根据本专利技术的又一个方面，提供了 一种使用会聚测量装置的测量 方法，其中所述会聚测量装置具有主体，其被安装在测量目标上； 固定装置，其被固定地安装在所述主体的前部；转子，其被水平地安 装为与所述固定装置相隔预定距离并通过轴承被可旋转地安装在所述 主体内；光纤，其被附着于所述固定装置和所述转子的上部外表面以 保持水平张紧状态，所述光纤在其相对端上具有光端机；光纤布拉格 光栅传感器，其被安装在位于所述固定装置与所述转子之间的所述光纤上；以及摆锤，其通过具有预定长度的支撑件被垂直地连接于所述转子的下部。所述测量方法包括第一步，测量所述光纤布拉格光栅 传感器的波长位移量，以设置所述波长位移量为参考值；第二步，将 所述主体安装至所述测量目标；第三步，通过与地面变化所造成的所 述测量目标的倾斜共同运转的所述摆锤的旋转，测量由所述光纤布拉 格光栅传感器的膨胀和收缩导致的波长位移值；以及第四步，将在所 述第三步中测量的所述波长位移值代入等式中以获得角位移。根据本专利技术的又 一 个方面，提供了 一种使用会聚测量装置的测量 方法，其中所述会聚测量装置具有主体，其被安装在测量目标上； 固定装置，其被固定地安装在所述主体的前部；转子，其被水平地安 装为与所述固定装置相隔预定距离并通过轴承被可旋转地安装在所述 主体内；上光纤和下光纤，其被附着于所述固定装置和所述转子的上 部外表面和下部外表面以维持水平张紧状态，每个光纤具有被安装在 其一端的光端机；光纤布拉格光栅传感器，其被安装在位于所述转子 的上部外表面与所述固定装置之间的所述上光纤上；以及摆锤，其通 过具有预定长度的支撑件被垂直地连接于所述转子的下部。所述测量 方法包括第一步，以逆时针方向使所述主体旋转90度以接触所述上 光纤，同时通过所述摆锤的旋转使所述下光纤伸展；第二步，测量所 述第一步中的所述光纤布拉格光栅传感器的波长位移量，以设置所述 波长位移量为重力加速度的参考值；第三步，以顺时针方向使所述主 体旋转90度，以使所述摆锤返回其原始位置；第四步，将所述主体安 装至测量目标；第五步，通过与地面变化所造成的所述测量目标的左 右振动共同运转的所述摆锤的旋转，测量所述光纤布拉格光栅传感器 的波长位移值；以及第六步，将所述第五步S5中测量的所述波长位移 值代入等式以获得所述摆锤的张力，并通过将所获得的位移量与所述 第三步中的所述参考值进行比较而获得变化的重力加速度。有益效果综上所述，根据本专利技术，地铁营运时难以测量的地铁隧道会聚通 过优选地克服电磁波干扰总能够被测量，其中电磁波干扰是现有电子 系统的一个缺陷。而且，由于光纤布拉格光栅传感器的优良特性，因10此测量精确度能够被提高。此外，由于通过光纤束可使至少20个传感 器能够被串联地连接，因此所需要的空间远小于现有电子系统所需的 空间。另外，由于光纤布拉格光栅传感器自身具有特定波长值，因此 与测量目标的初始值相比的累积的变形能够被测量。尽管本专利技术的示例性实施方式已作为示例性目的被描述，但是所 属领域技术人员将理解，不背离权利要求所公开的本专利技术的范围和精 神的各种修改、增加和代替是可以的。附图说明图1是图示了根据本专利技术的第一实施方式的使用光纤布拉格光栅传感器测量会聚的装置；图2是图示了根据本专利技术的第二实施方式的使用光纤布拉格光栅 传感器测量会聚的装置；图3是图示了图2的装置的操作的左视图4图示了根据本专利技术的使用光纤布拉格光栅传感器测量会聚的 装置的外观，该装置安装有水平测量仪；图5是图示了根据本专利技术的第三实施方式的使用光纤布拉格光栅 传感器测量会聚的装置；图6和7图示了图5的修改；图8是图示了根据本专利技术的第四实施方式的使用光纤布拉格光栅 传感器测量会聚的装置的视图9图示了图8的修改；以及图10图示了根据本专利技术的第五实施方式的使用光纤布拉格光栅 传感器测量会聚的装置。具体实施例方式在下文中，参考附图，将描述根据本专利技术的示例性实施方式。 图1是根据本专利技术的第一实施方式的使用光纤布拉格光栅传感器测量会聚的装置。图4图示了根据本专利技术使用光纤布拉格光栅传感器测量会聚的装置的外观，该装置安装有水平测量仪。参考图1，根据本专利技术的第一实施方式的使用光纤布拉格光栅传 感器测量会聚的装置Al被安装在测量目标(例如，隧道壁)上，从而运行以测量由测量目标的变形造成的角位移值。为此，装置Al包 括主体60，其被安装在测量目标上；固定装置21，其被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用光纤布拉格光栅传感器测量会聚的装置，其被安装在测量目标上，从而能够测量由所述测量目标的变形造成的角位移值，所述装置包括：　主体，其被安装在所述测量目标上；　固定装置，其被固定地安装在所述主体的前部；　转子，其被水平 地安装为与所述固定装置相隔预定距离，并通过轴承被可旋转地安装在所述主体内；　光纤，其被附着于所述固定装置和所述转子的上部外表面以保持水平张紧状态；　光纤布拉格光栅传感器，其被安装在位于所述固定装置与所述转子之间的所述光纤上；以及 　摆锤，其通过具有预定长度的支撑件被垂直地连接于所述转子的下部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锦锡，
申请(专利权)人：李锦锡，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]