[发明专利]一种光纤光栅测斜仪及测斜算法

权利要求书

1.一种光纤光栅测斜仪，包括光源（1）、波长解调设备（2）、光分路器（3） 和倾斜计（4）；光源（1）和波长解调设备（2）连接在光分路器（3）的同 一侧，其特征在于：所述倾斜计（4）包括空心导管（41）和光纤光栅（42）； 所述空心导管（41）是由刚性管（415）和柔性管（416）依次间隔联接组成 的链杆结构，空心导管（41）的内部沿轴向平行布置至少一根光纤（421）； 每根光纤（421）上联接至少一个应变测量光栅（422），应变测量光栅区位 置分别位于刚性管（415）与柔性管（416）正中部位，或者位于刚性管（415） 近两端部位与柔性管（416）正中部位；每根光纤（421）上联接的应变测量 光栅（422）的位置对应相同；光纤（421）连接到光分路器（3）的另一侧。

2.根据权利要求1所述的光纤光栅测斜仪，其特征在于：所述空心导管（41） 内部沿轴向平行布置有3根光纤（421），光纤（421）之间彼此等距。

3.根据权利要求1或2所述的光纤光栅测斜仪，其特征在于：所述每根光纤 （421）上联接的应变测量光栅（422）为等距离串联。

4.根据权利要求3所述的光纤光栅测斜仪，其特征在于：所述串联间距为10～ 15cm。

5.根据权利要求1或2或4所述的光纤光栅测斜仪，其特征在于：其中一根光 纤（421）上还联接有至少一个温度补偿光栅（423）。

6.根据权利要求1或2或4所述的光纤光栅测斜仪，其特征在于：所述空心导 管（41）还包括连接螺栓（413），连接螺栓（413）大头端加工有外螺纹； 所述刚性管（415）两端加工有内螺纹，所述柔性管（416）外径与接连螺栓 （413）大头端外径相等；通过连接螺栓（413）将柔性管（416）固定在两 个连接螺栓（413）之间，两个连接螺栓（413）的大头端再分别与刚性管（415） 螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的光纤光栅测斜仪，其特征在于：所述空心导管（41） 内部光纤光栅（42）的布置方式为如下二种方式之一：

方式一：光纤光栅（42）粘贴在刚性管（415）和柔性管（416）的内表面；

方式二：所述空心导管（41）还包括柱状部件（412），柱状部件（412） 两端加工有外螺纹，外表面布置有光纤光栅（42），应变测量光栅区布置在 柱状部件（412）正中部位；所述柱状部件（412）通过螺纹连接固定在两连 接螺栓（413）之间；在刚性管（415）段的柱状部件（412）外通过连接螺 栓（413）固定有刚性材料管；在柔性管（416）段的柱状部件（412）外通 过连接螺栓（413）固定有柔性材料管。

8.根据权利要求1或2或7任一所述的光纤光栅测斜仪，其特征在于：所述柔 性管（416）长度为10～15cm，钢性管（415）的长度大于柔性管（416）长 度。

9.根据权利要求7所述的光纤光栅测斜仪，其特征在于：当使用方式二时，所 述应变测量光栅区布置在柱状部件（412）的正中部位。

10.根据权利要求1、2、4、7、9任一所述光纤光栅测斜仪，其特征在于：在所 述柔性管（416）外固定有保护罩（417）；所述保护罩（417）为网状结构， 通过螺栓固定。

11.一种利用如权利要求1所述的光纤光栅测斜仪实现的测量方法，其特征在于： 按照如下步骤进行：

S1、安装光纤光栅测斜仪，确定测斜计露地面原点α₀的空间坐标真值 (x₀,y₀)；

S2、测斜计发生弯曲变形后，根据光栅解调变化值确定测斜计空心导管 （41）链杆结构任意结点α_n处空间转角值（α_n,x,α_n,y,α_n,z），其中（n,x），（n,y）， （n,z）分别为结点α_n处在x轴，y轴，z轴的投影值；

S3、根据公式1计算测斜计空心导管链杆结构上任意结点的空间坐标值， (xn,yn,zn)=(x0,y0,z0)+(Σi=1ntgαi,x·li,Σi=1ntgαi,y·li,Σi=1ntgαi,z·li)]]>公式1 式中，l_i—_i段测斜计钢性管的长度，m；

α_i,(x,y,z)——i段测斜计柔性管处在x,y,z方向转角值，弧度°，由现场 实测得到；

S4、根据公式2计算任意两间任意点的空间坐标值

α(x,y,z)1.2=(x1+x-x1x2-x1,y1+y-y1y2-y1,z1+z-z1z2-z1)]]>公式2。