一种基于光纤光栅的倾角监测装置及方法

本发明涉及光纤光栅传感器领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的倾角监测装置及方法。

背景技术：

1、传感器作为自动化设备的“眼睛”在工业化的发展中发挥着越来越重要的作用。

2、其中，倾角监测作为一个重要的物理参量在多种场合发挥重要作用，如楼梯倾斜、变电站沉陷、桥梁大坝的安全监测等方面。

3、传统的获取倾角的方式主要包括电容式、电阻式等电子类的传感器件，容易受到电磁干扰、恶劣环境等因素的影响，传感精度和稳定性难以保障。光纤传感器利用外界环境变量对于光纤信号的变化进行信号感知，具有体积小、抗电磁干扰、灵敏度高、远程监测等优点，在特殊环境下监测发挥了越来越重要的作用。

4、但是现在的光纤光栅传感器主要是实现两个方向的倾角感知，感知方位信息和角度灵敏度不高，并且对于各类温度、振动等其他因素影响较为敏感。

技术实现思路

1、为了解决现有的光纤光栅传感器倾角监测方位不够全面，灵敏度不高的问题，本发明提出一种基于光纤传感倾角监测装置，利用单光纤串和十字悬臂梁的装置，实现多角度的倾斜角度监测。

2、具体的，本发明提供一种基于光纤光栅的倾角监测装置，其中装置包括：

3、腔体、固定梁、十字悬臂梁、浮球、光纤光栅；

4、腔体为装置的外壳，其内部封装有光纤光栅传感器，且外表面设置1个光纤引出口；

5、固定梁上部固定于腔体的内侧顶部，下部呈球体，与十字悬臂梁连接；

6、十字悬臂梁，其交叉的十字中间为半球形，与固定梁的球形耦合；

7、浮球，焊接固定于十字悬臂梁十字的顶端；

8、浮球和光纤光栅之间通过牵引绳连接；光纤光栅也通过牵引绳连接至腔体的顶部，所述牵引绳具备一定弹力。

9、一种基于光纤光栅的倾角监测方法，应用于所述的一种基于光纤光栅的倾角监测装置，方法具体如下：

10、s1、根据4个不同的光纤光栅的波长偏移量，确定其中两个未受力的光前光栅和两个受力的光纤光栅；

11、s2、根据其中未受力的光纤光栅，计算出未受力的光纤光栅受到温度的变化量，并记下温度差异；

12、s3、根据两个受力光纤光栅的波长偏移量，减去其中由于温度的波长偏移，得到仅由于倾斜造成的波长偏移量，根据偏移量计算出改两个方向下的受力情况，利用受力情况矢量分析出倾斜的方向和角度。

13、本发明提供的有益效果是：通过4个光纤光栅的结构，不在局限在两个方向的监测，可以精确的分析倾斜发生的二维方向和角度，并且可以对温度进行屏蔽，减少外部温度参量对于倾角监测的影响。

技术特征：

1.一种基于光纤光栅的倾角监测装置，其特征在于：包括：腔体（1）、固定梁（2）、十字悬臂梁（3）、浮球（4）、光纤光栅（7）；

2.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的倾角监测装置，其特征在于：所述腔体（1）内部填充液体，液体密度使浮球飘起，且填充量使其能达到浮球的液位。

3.如权利要求2所述的一种基于光纤光栅的倾角监测装置，其特征在于：所述腔体（1）顶部还开有5个螺纹孔，其中一个与固定梁（2）固定，另外4个螺纹孔分别与4个连接光纤光栅（7）的牵引绳（5）通过螺丝连接。

4.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的倾角监测装置，其特征在于：光纤光栅（7）采用一根单模光纤制作成光纤光栅串，4个光纤光栅（7）的中心波长错开。

5.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的倾角监测装置，其特征在于：还包括限位杆（8），限位杆（8）包括两个，左右对称安装于十字悬臂梁（3）的挡杆位置。

6.一种基于光纤光栅的倾角监测方法，应用于如权利要求1~5任一项所述的一种基于光纤光栅的倾角监测装置，其特征在于：方法具体如下：

7.如权利要求6所述的一种基于光纤光栅的倾角监测方法，其特征在于：步骤s1中，4个不同的光纤光栅（7）的波长偏移量分别如下：

技术总结
本发明公开了一种基于光纤光栅的倾角监测装置及方法，装置包括：腔体、固定梁、十字悬臂梁、浮球、光纤光栅；腔体为装置的外壳，其内部封装有光纤光栅传感器，且外表面设置1个光纤引出口；固定梁上部固定于腔体的内侧顶部，下部呈球体，与十字悬臂梁连接；十字悬臂梁，其交叉的十字中间为半球形，与固定梁的球形耦合；浮球，焊接固定于十字悬臂梁十字的顶端；浮球和光纤光栅之间通过牵引绳连接；光纤光栅也通过牵引绳连接至腔体的顶部。本发明有益效果是：通过同一光纤上4个光纤光栅的结构，采用重力牵引与浮力共同作用，不在局限在两个方向的监测，可以提高分析倾斜发生的二维方向和角度的精度，并且可以对温度、振动等因素进行屏蔽，减少外部参量对于倾角监测的影响。

技术研发人员：杨柳,李岳彬
受保护的技术使用者：湖北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14