一种基于分布式光纤感测的力和位移测量方法及传感器

摘要

本发明公开了一种基于分布式光纤感测的力和位移测量方法及传感器。分布式应变感测光纤沿全长用环氧树脂胶水黏贴在薄壁金属圆环的侧壁一圈；光纤解调设备与黏贴在薄壁金属圆环侧壁的分布式应变感测光纤通过信号传输光纤相互串联，并通过串口、网线连接至计算机；在薄壁金属圆环顶点处施加力或位移后，利用光纤解调设备和计算机采集、记录薄壁金属圆环在加载作用下产生的环向应变分布；采用移动平均法对应变监测数据进行平滑处理，并三角函数进行拟合，以求出薄壁金属圆环的最大环向应变值，从而计算得到力和位移；通过标定试验获得该应变值和薄壁金属圆环顶点处的作用力和相应的位移的线性关系式，在此基础上得到传感器的标定系数。

主权项

一种基于分布式光纤感测力和位移的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、提供一薄壁圆环，在所述薄壁圆环的侧壁上黏贴分布式应变感测光纤，用信号传输光纤连接至光纤解调设备；步骤二、在所述薄壁圆环顶点处施加力或位移，使黏贴在薄壁圆环侧壁上的分布式应变感测光纤发生应变，用光纤解调设备和计算机采集、记录所述薄壁圆环的环向应变分布测值；步骤三、采用移动平均法对应变监测数据进行平滑处理，平滑处理后的应变数据符合三角函数特征，采用余弦函数ε(x)＝acos[b(x‑c)]+d的形式拟合，式中：参数a表示拟合得到的最大环向应变值；参数b用以消除函数周期误差；参数c用以消除加载中存在的偏心误差；参数d用以消除温度变化带来的误差；x表示距薄壁圆环底部的距离；ε(x)表示薄壁圆环在一定荷载、位移下的环向应变值；根据拟合方程得出薄壁圆环在一定荷载、位移下的最大环向应变值|ε|_max；步骤四、通过理论公式推导得知，薄壁圆环顶点处的作用力和位移与薄壁圆环最大环向应变值均存在线性关系，即F＝K₁×|ε|_max和ΔD＝K₂×|ε|_max，式中：F表示作用在薄壁圆环上的力；ΔD表示薄壁圆环顶点处发生的位移；K₁、K₂分别为常数，通过标定试验确定；由以上公式计算一定的最大环向应变测值所对应的力和位移。