一种基于分布式光纤感测的力和位移测量方法及传感器与流程

文档序号:12111059阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于分布式光纤感测力和位移的测量方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤一、提供一薄壁圆环,在所述薄壁圆环的侧壁上黏贴分布式应变感测光纤,用信号传输光纤连接至光纤解调设备;

步骤二、在所述薄壁圆环顶点处施加力或位移,使黏贴在薄壁圆环侧壁上的分布式应变感测光纤发生应变,用光纤解调设备和计算机采集、记录所述薄壁圆环的环向应变分布测值;

步骤三、采用移动平均法对应变监测数据进行平滑处理,平滑处理后的应变数据符合三角函数特征,采用余弦函数ε(x)=acos[b(x-c)]+d的形式拟合,式中:参数a表示拟合得到的最大环向应变值;参数b用以消除函数周期误差;参数c用以消除加载中存在的偏心误差;参数d用以消除温度变化带来的误差;x表示距薄壁圆环底部的距离;ε(x)表示薄壁圆环在一定荷载、位移下的环向应变值;根据拟合方程得出薄壁圆环在一定荷载、位移下的最大环向应变值|ε|max

步骤四、通过理论公式推导得知,薄壁圆环顶点处的作用力和位移与薄壁圆环最大环向应变值均存在线性关系,即F=K1×|ε|max和ΔD=K2×|ε|max,式中:F表示作用在薄壁圆环上的力;ΔD表示薄壁圆环顶点处发生的位移;K1、K2分别为常数,通过标定试验确定;由以上公式计算一定的最大环向应变测值所对应的力和位移。

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤感测力和位移的测量方法,其特征在于,步骤四所述的标定试验,包括如下步骤:首先,将已黏贴了分布式应变感测光纤的薄壁圆环放置在加载台上,在薄壁圆环顶点处分级施加已知大小的作用力及位移,使薄壁圆环发生环向应变,记录各级荷载下薄壁圆环的环向应变测值;其次,对环向应变测值进行平滑处理和拟合,据此得到各级荷载下薄壁圆环的最大环向应变值;最后,建立薄壁圆环最大环向应变值和作用力、位移之间的线性关系,即F=K1×|ε|max和ΔD=K2×|ε|max,采用线性回归方法计算出标定系数K1、K2的大小。

3.一种用于权利要求1或2所述的基于分布式光纤感测力和位移的测量方法中的传感器装置,其特征在于,主要包括分布式应变感测光纤、薄壁圆环、信号传输光纤、光纤解调设备和计算机;分布式应变感测光纤通过信号传输光纤与光纤解调设备相互串联,计算机和光纤解调设备采用串口、网线连接;所述的分布式应变感测光纤黏贴在薄壁圆环侧壁上。

4.根据权利要求3所述的用于基于分布式光纤感测力和位移的测量方法中的传感器装置,其特征在于,所述薄壁圆环采用具有线弹性应力-应变关系的金属材料制成。

5.根据权利要求3所述的用于基于分布式光纤感测力和位移的测量方法中的传感器装置,其特征在于,将整根分布式应变感测光纤沿全长用环氧树脂紧紧黏贴在薄壁圆环的侧壁上,使其与圆环黏贴牢固。

6.根据权利要求3所述的用于基于分布式光纤感测力和位移的测量方法中的传感器装置,其特征在于,所述分布式应变感测光纤和信号传输光纤之间相互熔接,并用热缩套管保护熔接点。

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