[发明专利]一种基于光纤光栅传感器的土体内部变形的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用光纤光栅传感器间接测量变形梁表面变形的装置及方法，特别是涉及到一种基于光纤光栅技术的应变传感器及温度自动补偿的方法，这种智能变形梁能安装在建筑物的表面和内部，测量土木建筑结构中钢筋、混凝土或者其他结构的变形。

背景技术

传统的位移计可以测量结构物表面的位移，但是无法测量连续变形以及结构物内部的位移。结构物内部的老化、损坏等大都是由内部裂纹开始进而扩展到表面，因此，本发明可以及早的探测到结构物或者土体内部的变形。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题而提供的一种基于光纤光栅传感器的土体变形测量系统。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种光纤光栅传感器阵列，弹性变性梁，保护涂层。

所述变性梁材料采用树脂材质。

所述变性光纤光栅工作原理如下：对于光纤光栅传感器阵列，变形引起的不同位置的FBG布拉格光栅波长的漂移，波长漂移与应变的关系如下：

(1)

式中，Δλ_B为波长变化值，λ_B为波长值，Pe为光纤的光弹系数，Δε为应变变化值，α为光纤的热光系数，ΔT为温度变化值。

弹性梁埋入土体后，随着土体一起变形，弹性梁的变形会引起梁表面光栅传感器产生拉伸或压缩，进而产生应变，通过光纤光栅传感器的应变得到变性梁的弯曲应变轴向应变分别如下：

(2a)

(2b)

式中，ε_i^A和ε_i^B分别是轴向应变和弯曲应变，ε_ia和ε_ib为变性梁上下表面对称位置处的应变值，由公式（1）可以求得。

根据弹性力学变形梁理论，弹性梁的位移与表面应变的关系如下：

(3)

式中，ε_i^B(z,t)为在弹性梁表面z位置处t时刻的弯曲应变值，由公式（2）求得；r为弹性梁的厚度；v(z,t)为z位置处t时刻时弹性梁的位移值。

进一步的，上述在变性梁上下表面的光栅同时受到相同温度的影响，因此通过公式（2b）计算时，温度的效应能够自动消除，因此本发明中采用上下两个表面的对称布置光纤光栅阵列能够实现温度的自动补偿。

本发明的优点在于：

1、能够解决土体内部位移无法测量的问题。2、传感器测量精度高，安全性高，机构简单。3、具有抗电磁干扰以及耐腐蚀，并且不存在水中短路的问题。

附图说明

图1为本发明示意图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

参考图1，该光纤光栅传感器的土体内部变形的测量系统包括柔性变性梁1、光纤光栅传感器2、变性梁固定支座3和光栅解调系统4。

柔性变性梁1端部固定于支座2上形成一个端部固定的悬臂梁结构。该悬臂梁结构置于土体中，在端部约束的情况下，弹性梁随着土体一起变形，形成悬臂梁结构，从而能够感知土体的变形。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。