一种光纤单双向弯曲曲率双通道跟踪监测仪及监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种光纤单双向弯曲曲率双通道跟踪监测仪及监测方法，监测仪包含光纤载台、光纤受力移动载台，两端的光纤受力移动载台之间设有弯曲池，光纤受力移动载台通过力传导轴与承力端连接，光纤受力移动载台一侧与连杆刻度盘连接，连杆刻度盘上设有连杆副刻度盘，光纤受力移动载台另一侧与磁性旋转光纤扣固定连接，光纤受力移动载台底部设有载台横轨，光纤受力移动载台顶部设有移动载台通道，移动载台通道外设有通道高弹内环，通道高弹内环外设有月牙护端，月牙护端通过拧固轴与支撑杆连接。本发明为实际工程中提供了一种可靠的、便携式的、多用途的设备，其效率高、极易操作、成本低廉、科学合理、用途广泛、适用性强。
【专利说明】-种光纤单双向弯曲曲率双通道跟踪监测仪及监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光纤弯曲曲率跟踪监测装置及监测光纤曲率耗值的方法，特别涉 及到一种用于室内试验及工程应用中标定光纤与试验光纤双层同步变形双通道布置W及 光纤单双向弯曲曲率性态跟踪监测的设备。
【背景技术】
[0002] 随着光学技术的日益发展，光纤传感的监测技术已成为结构工程安全监测领域的 重要手段，在我国已建世界最大的水电站-H峡工程，W及在建的世界最高拱巧-锦屏水电 站均有光纤监测的实际应用，但是不论是在光纤的生产定型、室内试验还是实际应用中，都 存在着光纤弯曲曲率的获取问题，尤其是对于诸如±石堤巧的±石结合部等复杂多材料互 扰的结构体，其光纤弯曲曲率获取问题极其常见且极为重要，急切需要研制一种手持式、便 携式、易观测、多重复性、高精确度的光纤弯曲曲率性态跟踪监测仪。
[0003] 目前，国内外利用光纤弯曲特性制作而成的光纤传感仪器开始不断出现，对于弯 曲曲率宏观W及微观监测方法和设备的研制亦在加强，但从已公开的方法W及设备来看， 工程实用性偏弱，且构造上存在一定的不合理性，致使监测结果难W保证，一些设备制造过 程的复杂性及材料的浪费性与其实际的应用价值存在着较大差异，性价比极低，尤其对于 复杂结构体中可能出现的多弯曲现象，更是无法适用。
[0004] 本发明基于所涉及到的实际工程应用环境的复杂性，巧妙结合光纤的基本力学特 性，为最大化、高效精确地实现光纤弯曲曲率的跟踪监测而研制了一种光纤多向弯曲曲率 跟踪监测仪，尤其针对目前尚无光纤弯曲曲率的多组合多向性监测仪器该一现状，本发明 创新性地进行了标定光纤与试验光纤双层同步变形双通道布置，研发了光纤弯曲曲率单双 向监测装置。
【发明内容】
[0005] 发明目的；为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种光纤单双向弯曲曲 率双通道跟踪监测仪及监测方法，该监测仪对于光纤弯曲曲率性态精准监测及实际工程传 感应用进行创新性研究，该监测仪内布设了标定光纤与试验光纤双层同步变形双通道设 置，且对试验光纤弯曲变形进行单双向监测，为实际工程中复杂多材料互扰结构体，其可能 出现的多弯曲曲率监测，提供了一种可靠的、便携式的、多用途的装置，其极易操作、成本低 廉、科学合理、用途广泛、精准度高。
[0006] 技术方案；为解决上述技术问题，本发明的一种光纤单双向弯曲曲率双通道跟踪 监测仪，包含光纤载台、位于光纤载台两端的光纤受力移动载台，两端的光纤受力移动载台 之间设有弯曲池，弯曲池上设有标尺刻度，所述光纤受力移动载台通过力传导轴与承力端 连接，光纤受力移动载台一侧通过指示连杆与连杆刻度盘连接，连杆刻度盘上设有连杆副 刻度盘，光纤受力移动载台另一侧通过连轴与磁性旋转光纤扣固定连接，所述光纤受力移 动载台底部设有沿光纤载台移动的载台横轨，光纤受力移动载台顶部设有容纳试验光纤的 移动载台通道，移动载台通道外设有包裹光纤的通道高弹内环，通道高弹内环外设有挤压 通道高弹内环的月牙护端，月牙护端与通道高弹内环接触的一面为与通道高弹内环配合的 圆弧凹状，月牙护端通过挣固轴与支撑杆连接，支撑杆与光纤受力移动载台固定连接，通过 挣固轴的移动带动月牙护套压紧通道高弹内环，从而压紧试验光纤；所述磁性旋转光纤扣 包含转动连轴、半弧形光纤护层和位于半弧形光纤护层一端的磁性闭合开关，所述半弧形 光纤护层与磁性闭合开关是上下两个对称分布的装置，上下两个半弧形光纤护层通过转动 连轴连接，标定光纤位于半弧形光纤护层里，下方的半弧形光纤护层与抢扣横轨连接，抢扣 横轨沿光纤载台往复移动。
[0007] 作为优选，所述光纤载台设有上封闭壳，上封闭壳通过链接折页与光纤载台连接， 上封闭壳通过上闭合钩与光纤载台上的下闭合钩的对勾搭接，将整个装置封闭在一个相对 免受外界干扰的环境中，且在弯曲池位置处的上封闭壳上布置有封闭板，封闭板采用与试 验光纤外涂层折射率基本一致的材质，用来消除因为光纤弯曲所致的部分泄露光与原纤芯 模产生的振荡分量。
[0008] 作为优选，所述承力端外缘设有空也圆环，其主要增加与外界施力物体之间的摩 擦，有效真实地反映外界的作用荷载。
[0009] 本发明的一种光纤单双向弯曲曲率双通道跟踪监测仪，包括核也构件之一是移动 载台，在移动载台中间布设有光纤通道，且该处的光纤通道与光纤载台上的有所不同，该处 光纤通道内壁接有通道高弹内环，通过与支撑杆相连的挣固轴产生的转向力，利用与其相 连的月牙护端对该处的光纤通道施加一个弧形面荷载，且月牙护端是外包光纤通道的全面 积持力结构体，在通道高弹内环承受外界环向的荷载时，其必将通过其内的高硬弹性材料 体压制于试验光纤上。
[0010] 本发明的一种光纤单双向弯曲曲率双通道跟踪监测仪，在一些外界荷载较大或者 环境情况较恶劣的情况下，可W使用四个角上的弧形边角固定台中的固定台栓；对于光纤 载台中间外缘处的弧形边柄，其主要是便于手持下进行操作W及便于携带与运输；光纤放 置通道内布置有1?4个光纤通道，其主要用于将待测光纤与标定光纤汇集与区分，W防止 其产生混乱并起到保护梳理作用。
[0011] 本发明的一种光纤单双向弯曲曲率双通道跟踪监测仪，具有双向对称结构设置， 两端各分布有一个光纤受力移动载台，通过载台固定栓将其中任一个固定，且其与磁性旋 转光纤扣相连，同时也连带将对应的第二通道固定，通过承力端承受外界荷载，且承力端与 力传导轴相连，通过力传导轴可W将外界荷载传递到光纤受力移动载台上，进而可W进行 光纤单向弯曲试验与监测跟踪；在移去载台固定栓之后，由于没有载台固定栓的限制，该样 通过两端对称分布的载台横轨和抢扣横轨，可实现双向的光纤弯曲曲率监测分析。
[0012] 一种利用光纤单双向弯曲曲率双通道跟踪监测仪监测光纤曲损耗值的方法，包括 W下步骤：
[0013] (1)将试验光纤顺利通过一端的通道高弹内环，然后穿过弯曲池进入到另一端的 通道高弹内环内，两端的光纤对称设置，然后转动支撑杆中的挣固轴带动月牙护端运动，通 过月牙护端的圆弧凹槽夹紧通道高弹内环，从而固定试验光纤，通过弯曲池上的标尺刻度， 取得光纤的初始弯曲半径Rtt;
[0014] (2)选择与试验光纤长度一致的标定光纤，将标定光纤放入到磁性旋转光纤扣的 半弧形光纤护层中，按照试验要求放置好之后，转动半弧形光纤护层通过磁性闭合开关将 标定光纤固定；
[0015] (3)将试验光纤与标定光纤与光纤信息获取设备连接，在光纤载台的两端各施加 一个拉伸光纤受力移动载台的力，拉动光纤受力移动载台移动，由于光纤受力移动载台与 磁性旋转光纤扣通过连轴固定连接，使得光纤受力移动载台移动与磁性旋转光纤扣同步移 动，通过读取连杆副刻度盘与连杆刻度盘上的值S，由S= 2n巧-R)，求出光纤的弯曲半 径R;
[0016]
【权利要求】
1. 一种光纤单双向弯曲曲率双通道跟踪监测仪，其特征在于：包含光纤载台、位于光 纤载台两端的光纤受力移动载台，两端的光纤受力移动载台之间设有弯曲池，弯曲池上设 有标尺刻度，所述光纤受力移动载台通过力传导轴与承力端连接，光纤受力移动载台一侧 通过指示连杆与连杆刻度盘连接，连杆刻度盘上设有连杆副刻度盘，光纤受力移动载台另 一侧通过连轴与磁性旋转光纤扣固定连接，所述光纤受力移动载台底部设有沿光纤载台移 动的载台横轨，光纤受力移动载台顶部设有容纳试验光纤的移动载台通道，移动载台通道 外设有包裹光纤的通道高弹内环，通道高弹内环外设有挤压通道高弹内环的月牙护端，月 牙护端与通道高弹内环接触的一面为与通道高弹内环配合的圆弧凹状，月牙护端通过拧固 轴与支撑杆连接，支撑杆与光纤受力移动载台固定连接，通过拧固轴的移动带动月牙护套 压紧通道高弹内环，从而压紧试验光纤；所述磁性旋转光纤扣包含转动连轴、半弧形光纤护 层和位于半弧形光纤护层一端的磁性闭合开关，所述半弧形光纤护层与磁性闭合开关是上 下两个对称分布的装置，上下两个半弧形光纤护层通过转动连轴连接，标定光纤位于半弧 形光纤护层里，下方的半弧形光纤护层与掐扣横轨连接，掐扣横轨沿光纤载台往复移动。
2. 根据权利要求1所述的光纤单双向弯曲曲率双通道跟踪监测仪，其特征在于：所述 光纤载台设有上封闭壳，上封闭壳通过链接折页与光纤载台连接，上封闭壳通过上闭合钩 与光纤载台上的下闭合钩的对勾搭接，将整个装置封闭在一个相对免受外界干扰的环境 中，在弯曲池位置处对应的上封闭壳上布置有封闭板，封闭板采用与试验光纤外涂层折射 率一致的材质。
3. 根据权利要求1所述的光纤单双向弯曲曲率双通道跟踪监测仪，其特征在于：所述 承力端外缘设有空心圆环。
4. 一种利用光纤单双向弯曲曲率双通道跟踪监测仪监测光纤曲损耗值的方法，其特征 在于，包括以下步骤： (1) 将试验光纤顺利通过一端的通道高弹内环，然后穿过弯曲池进入到另一端的通道 高弹内环内，两端的光纤对称设置，然后转动支撑杆中的拧固轴带动月牙护端运动，通过月 牙护端的圆弧凹槽夹紧通道高弹内环，从而固定试验光纤，通过弯曲池上的标尺刻度，取得 光纤的初始弯曲半径Rtt ; (2) 选择与试验光纤长度一致的标定光纤，将标定光纤放入到磁性旋转光纤扣的半弧 形光纤护层中，按照试验要求放置好之后，转动半弧形光纤护层通过磁性闭合开关将标定 光纤固定； (3) 将试验光纤与标定光纤与光纤信息获取设备连接，在光纤载台的两端各施加一个 拉伸光纤受力移动载台的力，拉动光纤受力移动载台移动，由于光纤受力移动载台与磁性 旋转光纤扣通过连轴固定连接，使得光纤受力移动载台移动与磁性旋转光纤扣同步移动， 通过读取连杆副刻度盘与连杆刻度盘上的值S，由S = 2 (Rw&-R)，求出光纤的弯曲半径 R；
K+1( Y a)为修正的Hankel函数，K为径向归一化相位常数，Y为径向归一化衰减常数，旦 为轴向传播常数，V是归一化频率，a是纤芯半径，L为弯曲长度，B代表纯弯损耗，单位长度 弯曲损耗系数为a p，A为试验光纤的波长，为数学常数，通过步骤（3)求出的光纤的弯 曲半径R，即可以求出光纤弯曲损耗值Ls。
【文档编号】G01M11/00GK104359653SQ201410573381
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】苏怀智, 杨孟, 房彬, 李皓, 李星 申请人:河海大学