[发明专利]一种三维变形测量的光纤光栅传感杆及其测量方法

权利要求书

1.一种三维变形测量的光纤光栅传感杆，其特征在于：包括感知杆(1)、连接筒(2)、连接杆(3)、光缆固定环(4)、第一光纤光栅(5)、第二光纤光栅(6)、第三光纤光栅(7)、第四光纤光栅(8)、第五光纤光栅(9)；所述感知杆(1)为空心的圆筒结构，所述连接筒(2)为圆筒结构，连接筒(2)的内径与感知杆(1)的外径过渡配合；所述连接杆(3)为实心的圆杆，连接杆(3)的直径与连接筒(2)的内径过渡配合；所述光缆固定环(4)为圆环结构；沿感知杆(1)的两端分别套接光缆固定环(4)，然后连接连接筒(2)，连接筒(2)再与连接杆(3)连接；所述第一光纤光栅(5)、第二光纤光栅(6)、第三光纤光栅(7)、第四光纤光栅(8)沿感知杆(1)的外圆上周向间隔90°平行布置，所述第五光纤光栅(9)为自由状态的光纤光栅，位于感知杆(1)的内部空心；

所述感知杆(1)的材料为柔性高分子材料，感知杆(1)的外圆上周向间隔90°设置有四个长度相等且端部对齐的长凹槽，其中任意两个长凹槽之间相隔45°的地方，设置有两个将外圆面与内部空心打通的两个短凹槽，两个短凹槽的外侧边缘与四个长凹槽的两侧边缘对齐；一个光纤光栅传感杆包含两个连接筒(2)；连接杆(3)的长度根据实际测量需求进行调整；

所述第一光纤光栅(5)布置在感知杆(1)的某一长凹槽的底部，通过粘合剂粘贴固定，第一光纤光栅(5)两端的尾纤保护在铠装护管内，并沿着长凹槽引出；所述第二光纤光栅(6)布置在感知杆(1)的其中一个长凹槽的底部，并与第一光纤光栅(5)所在的长凹槽间隔180°，通过粘合剂粘贴固定，第二光纤光栅(6)两端的尾纤保护在铠装护管内，并沿着长凹槽引出；所述第三光纤光栅(7)布置在感知杆(1)的其中一个长凹槽的底部，并与第一光纤光栅(5)或者第二光纤光栅(6)所在的长凹槽间隔90°，通过粘合剂粘贴固定，第三光纤光栅(7)两端的尾纤保护在铠装护管内，并沿着长凹槽引出；所述第四光纤光栅(8)布置在感知杆(1)的其中一个长凹槽的底部，并与第三光纤光栅(7)所在的长凹槽间隔180°，通过粘合剂粘贴固定，第四光纤光栅(8)两端的尾纤保护在铠装护管内，并沿着长凹槽引出；所述第五光纤光栅(9)的表面涂覆有与感知杆(1)相同的材料，自由悬空状态处于感知杆(1)的内部空心内，第五光纤光栅(9)两端的尾纤保护在铠装护管内，并沿着感知杆(1)上的两个短凹槽引出至感知杆(1)的外部。

2.根据权利要求1所述的一种三维变形测量的光纤光栅传感杆，其特征在于：所述光缆固定环(4)圆环轴向长度的中央部分沿周向间隔45°设置有8个贯彻圆环厚度的螺孔，螺孔的直径与感知杆(1)上的长凹槽的宽度一致，8个螺孔依次为第一螺孔(4-1)、第二螺孔(4-2)、第三螺孔(4-3)、第四螺孔(4-4)、第五螺孔(4-5)、第六螺孔(4-6)、第七螺孔(4-7)、第八螺孔(4-8)，8个螺孔内均拧有紧定螺钉；两个光缆固定环(4)套在感知杆(1)上，两个光缆固定环(4)分别位于长凹槽的两个端部附近，但不超出长凹槽的长度范围。

3.根据权利要求2所述的一种三维变形测量的光纤光栅传感杆，其特征在于：对于套在感知杆(1)上的两个光缆固定环(4)，其中间隔180°的第一螺孔(4-1)和第五螺孔(4-5)内的紧定螺钉，拧紧后分别抵住第四光纤光栅(8)和第三光纤光栅(7)的铠装护管上；间隔180°的第三螺孔(4-3)和第七螺孔(4-7)内的紧定螺钉，拧紧后分别抵住第二光纤光栅(6)和第一光纤光栅(5)的铠装护管上；第八螺孔(4-8)内的紧定螺钉，拧紧后抵住第五光纤光栅(9)的铠装护管上；其中第二螺孔(4-2)、第四螺孔(4-4)、第六螺孔(4-6)内的紧定螺钉，拧紧后抵住感知杆(1)上无长凹槽和短凹槽的圆柱外表面，并起到固定作用，用于实现两个光缆固定环(4)固定在感知杆(1)上，并且将五个光纤光栅的铠装护管也固定住。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种三维变形测量的光纤光栅传感杆，其特征在于：多个三维变形测量的光纤光栅传感杆之间的光纤光栅采用激光刻写于同一根光纤上。