一種光纖單雙向彎曲曲率雙通道跟蹤監(jiān)測儀及監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖單雙向彎曲曲率雙通道跟蹤監(jiān)測儀及監(jiān)測方法，監(jiān)測儀包含光纖載臺、光纖受力移動載臺，兩端的光纖受力移動載臺之間設(shè)有彎曲池，光纖受力移動載臺通過力傳導(dǎo)軸與承力端連接，光纖受力移動載臺一側(cè)與連桿刻度盤連接，連桿刻度盤上設(shè)有連桿副刻度盤，光纖受力移動載臺另一側(cè)與磁性旋轉(zhuǎn)光纖扣固定連接，光纖受力移動載臺底部設(shè)有載臺橫軌，光纖受力移動載臺頂部設(shè)有移動載臺通道，移動載臺通道外設(shè)有通道高彈內(nèi)環(huán)，通道高彈內(nèi)環(huán)外設(shè)有月牙護(hù)端，月牙護(hù)端通過擰固軸與支撐桿連接。本發(fā)明為實際工程中提供了一種可靠的、便攜式的、多用途的設(shè)備，其效率高、極易操作、成本低廉、科學(xué)合理、用途廣泛、適用性強(qiáng)。
【專利說明】-種光纖單雙向彎曲曲率雙通道跟蹤監(jiān)測儀及監(jiān)測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光纖彎曲曲率跟蹤監(jiān)測裝置及監(jiān)測光纖曲率耗值的方法，特別涉 及到一種用于室內(nèi)試驗及工程應(yīng)用中標(biāo)定光纖與試驗光纖雙層同步變形雙通道布置W及 光纖單雙向彎曲曲率性態(tài)跟蹤監(jiān)測的設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，光纖傳感的監(jiān)測技術(shù)已成為結(jié)構(gòu)工程安全監(jiān)測領(lǐng)域的 重要手段，在我國已建世界最大的水電站-H峽工程，W及在建的世界最高拱巧-錦屏水電 站均有光纖監(jiān)測的實際應(yīng)用，但是不論是在光纖的生產(chǎn)定型、室內(nèi)試驗還是實際應(yīng)用中，都 存在著光纖彎曲曲率的獲取問題，尤其是對于諸如±石堤巧的±石結(jié)合部等復(fù)雜多材料互 擾的結(jié)構(gòu)體，其光纖彎曲曲率獲取問題極其常見且極為重要，急切需要研制一種手持式、便 攜式、易觀測、多重復(fù)性、高精確度的光纖彎曲曲率性態(tài)跟蹤監(jiān)測儀。
[0003] 目前，國內(nèi)外利用光纖彎曲特性制作而成的光纖傳感儀器開始不斷出現(xiàn)，對于彎 曲曲率宏觀W及微觀監(jiān)測方法和設(shè)備的研制亦在加強(qiáng)，但從已公開的方法W及設(shè)備來看， 工程實用性偏弱，且構(gòu)造上存在一定的不合理性，致使監(jiān)測結(jié)果難W保證，一些設(shè)備制造過 程的復(fù)雜性及材料的浪費性與其實際的應(yīng)用價值存在著較大差異，性價比極低，尤其對于 復(fù)雜結(jié)構(gòu)體中可能出現(xiàn)的多彎曲現(xiàn)象，更是無法適用。
[0004] 本發(fā)明基于所涉及到的實際工程應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性，巧妙結(jié)合光纖的基本力學(xué)特 性，為最大化、高效精確地實現(xiàn)光纖彎曲曲率的跟蹤監(jiān)測而研制了一種光纖多向彎曲曲率 跟蹤監(jiān)測儀，尤其針對目前尚無光纖彎曲曲率的多組合多向性監(jiān)測儀器該一現(xiàn)狀，本發(fā)明 創(chuàng)新性地進(jìn)行了標(biāo)定光纖與試驗光纖雙層同步變形雙通道布置，研發(fā)了光纖彎曲曲率單雙 向監(jiān)測裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的；為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種光纖單雙向彎曲曲 率雙通道跟蹤監(jiān)測儀及監(jiān)測方法，該監(jiān)測儀對于光纖彎曲曲率性態(tài)精準(zhǔn)監(jiān)測及實際工程傳 感應(yīng)用進(jìn)行創(chuàng)新性研究，該監(jiān)測儀內(nèi)布設(shè)了標(biāo)定光纖與試驗光纖雙層同步變形雙通道設(shè) 置，且對試驗光纖彎曲變形進(jìn)行單雙向監(jiān)測，為實際工程中復(fù)雜多材料互擾結(jié)構(gòu)體，其可能 出現(xiàn)的多彎曲曲率監(jiān)測，提供了一種可靠的、便攜式的、多用途的裝置，其極易操作、成本低 廉、科學(xué)合理、用途廣泛、精準(zhǔn)度高。
[0006] 技術(shù)方案；為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種光纖單雙向彎曲曲率雙通道跟蹤 監(jiān)測儀，包含光纖載臺、位于光纖載臺兩端的光纖受力移動載臺，兩端的光纖受力移動載臺 之間設(shè)有彎曲池，彎曲池上設(shè)有標(biāo)尺刻度，所述光纖受力移動載臺通過力傳導(dǎo)軸與承力端 連接，光纖受力移動載臺一側(cè)通過指示連桿與連桿刻度盤連接，連桿刻度盤上設(shè)有連桿副 刻度盤，光纖受力移動載臺另一側(cè)通過連軸與磁性旋轉(zhuǎn)光纖扣固定連接，所述光纖受力移 動載臺底部設(shè)有沿光纖載臺移動的載臺橫軌，光纖受力移動載臺頂部設(shè)有容納試驗光纖的 移動載臺通道，移動載臺通道外設(shè)有包裹光纖的通道高彈內(nèi)環(huán)，通道高彈內(nèi)環(huán)外設(shè)有擠壓 通道高彈內(nèi)環(huán)的月牙護(hù)端，月牙護(hù)端與通道高彈內(nèi)環(huán)接觸的一面為與通道高彈內(nèi)環(huán)配合的 圓弧凹狀，月牙護(hù)端通過掙固軸與支撐桿連接，支撐桿與光纖受力移動載臺固定連接，通過 掙固軸的移動帶動月牙護(hù)套壓緊通道高彈內(nèi)環(huán)，從而壓緊試驗光纖；所述磁性旋轉(zhuǎn)光纖扣 包含轉(zhuǎn)動連軸、半弧形光纖護(hù)層和位于半弧形光纖護(hù)層一端的磁性閉合開關(guān)，所述半弧形 光纖護(hù)層與磁性閉合開關(guān)是上下兩個對稱分布的裝置，上下兩個半弧形光纖護(hù)層通過轉(zhuǎn)動 連軸連接，標(biāo)定光纖位于半弧形光纖護(hù)層里，下方的半弧形光纖護(hù)層與搶扣橫軌連接，搶扣 橫軌沿光纖載臺往復(fù)移動。
[0007] 作為優(yōu)選，所述光纖載臺設(shè)有上封閉殼，上封閉殼通過鏈接折頁與光纖載臺連接， 上封閉殼通過上閉合鉤與光纖載臺上的下閉合鉤的對勾搭接，將整個裝置封閉在一個相對 免受外界干擾的環(huán)境中，且在彎曲池位置處的上封閉殼上布置有封閉板，封閉板采用與試 驗光纖外涂層折射率基本一致的材質(zhì)，用來消除因為光纖彎曲所致的部分泄露光與原纖芯 模產(chǎn)生的振蕩分量。
[0008] 作為優(yōu)選，所述承力端外緣設(shè)有空也圓環(huán)，其主要增加與外界施力物體之間的摩 擦，有效真實地反映外界的作用荷載。
[0009] 本發(fā)明的一種光纖單雙向彎曲曲率雙通道跟蹤監(jiān)測儀，包括核也構(gòu)件之一是移動 載臺，在移動載臺中間布設(shè)有光纖通道，且該處的光纖通道與光纖載臺上的有所不同，該處 光纖通道內(nèi)壁接有通道高彈內(nèi)環(huán)，通過與支撐桿相連的掙固軸產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向力，利用與其相 連的月牙護(hù)端對該處的光纖通道施加一個弧形面荷載，且月牙護(hù)端是外包光纖通道的全面 積持力結(jié)構(gòu)體，在通道高彈內(nèi)環(huán)承受外界環(huán)向的荷載時，其必將通過其內(nèi)的高硬彈性材料 體壓制于試驗光纖上。
[0010] 本發(fā)明的一種光纖單雙向彎曲曲率雙通道跟蹤監(jiān)測儀，在一些外界荷載較大或者 環(huán)境情況較惡劣的情況下，可W使用四個角上的弧形邊角固定臺中的固定臺栓；對于光纖 載臺中間外緣處的弧形邊柄，其主要是便于手持下進(jìn)行操作W及便于攜帶與運輸；光纖放 置通道內(nèi)布置有1?4個光纖通道，其主要用于將待測光纖與標(biāo)定光纖匯集與區(qū)分，W防止 其產(chǎn)生混亂并起到保護(hù)梳理作用。
[0011] 本發(fā)明的一種光纖單雙向彎曲曲率雙通道跟蹤監(jiān)測儀，具有雙向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)設(shè)置， 兩端各分布有一個光纖受力移動載臺，通過載臺固定栓將其中任一個固定，且其與磁性旋 轉(zhuǎn)光纖扣相連，同時也連帶將對應(yīng)的第二通道固定，通過承力端承受外界荷載，且承力端與 力傳導(dǎo)軸相連，通過力傳導(dǎo)軸可W將外界荷載傳遞到光纖受力移動載臺上，進(jìn)而可W進(jìn)行 光纖單向彎曲試驗與監(jiān)測跟蹤；在移去載臺固定栓之后，由于沒有載臺固定栓的限制，該樣 通過兩端對稱分布的載臺橫軌和搶扣橫軌，可實現(xiàn)雙向的光纖彎曲曲率監(jiān)測分析。
[0012] 一種利用光纖單雙向彎曲曲率雙通道跟蹤監(jiān)測儀監(jiān)測光纖曲損耗值的方法，包括 W下步驟：
[0013] (1)將試驗光纖順利通過一端的通道高彈內(nèi)環(huán)，然后穿過彎曲池進(jìn)入到另一端的 通道高彈內(nèi)環(huán)內(nèi)，兩端的光纖對稱設(shè)置，然后轉(zhuǎn)動支撐桿中的掙固軸帶動月牙護(hù)端運動，通 過月牙護(hù)端的圓弧凹槽夾緊通道高彈內(nèi)環(huán)，從而固定試驗光纖，通過彎曲池上的標(biāo)尺刻度， 取得光纖的初始彎曲半徑Rtt;
[0014] (2)選擇與試驗光纖長度一致的標(biāo)定光纖，將標(biāo)定光纖放入到磁性旋轉(zhuǎn)光纖扣的 半弧形光纖護(hù)層中，按照試驗要求放置好之后，轉(zhuǎn)動半弧形光纖護(hù)層通過磁性閉合開關(guān)將 標(biāo)定光纖固定；
[0015] (3)將試驗光纖與標(biāo)定光纖與光纖信息獲取設(shè)備連接，在光纖載臺的兩端各施加 一個拉伸光纖受力移動載臺的力，拉動光纖受力移動載臺移動，由于光纖受力移動載臺與 磁性旋轉(zhuǎn)光纖扣通過連軸固定連接，使得光纖受力移動載臺移動與磁性旋轉(zhuǎn)光纖扣同步移 動，通過讀取連桿副刻度盤與連桿刻度盤上的值S，由S= 2n巧-R)，求出光纖的彎曲半 徑R;
[0016]

【權(quán)利要求】
1. 一種光纖單雙向彎曲曲率雙通道跟蹤監(jiān)測儀，其特征在于：包含光纖載臺、位于光 纖載臺兩端的光纖受力移動載臺，兩端的光纖受力移動載臺之間設(shè)有彎曲池，彎曲池上設(shè) 有標(biāo)尺刻度，所述光纖受力移動載臺通過力傳導(dǎo)軸與承力端連接，光纖受力移動載臺一側(cè) 通過指示連桿與連桿刻度盤連接，連桿刻度盤上設(shè)有連桿副刻度盤，光纖受力移動載臺另 一側(cè)通過連軸與磁性旋轉(zhuǎn)光纖扣固定連接，所述光纖受力移動載臺底部設(shè)有沿光纖載臺移 動的載臺橫軌，光纖受力移動載臺頂部設(shè)有容納試驗光纖的移動載臺通道，移動載臺通道 外設(shè)有包裹光纖的通道高彈內(nèi)環(huán)，通道高彈內(nèi)環(huán)外設(shè)有擠壓通道高彈內(nèi)環(huán)的月牙護(hù)端，月 牙護(hù)端與通道高彈內(nèi)環(huán)接觸的一面為與通道高彈內(nèi)環(huán)配合的圓弧凹狀，月牙護(hù)端通過擰固 軸與支撐桿連接，支撐桿與光纖受力移動載臺固定連接，通過擰固軸的移動帶動月牙護(hù)套 壓緊通道高彈內(nèi)環(huán)，從而壓緊試驗光纖；所述磁性旋轉(zhuǎn)光纖扣包含轉(zhuǎn)動連軸、半弧形光纖護(hù) 層和位于半弧形光纖護(hù)層一端的磁性閉合開關(guān)，所述半弧形光纖護(hù)層與磁性閉合開關(guān)是上 下兩個對稱分布的裝置，上下兩個半弧形光纖護(hù)層通過轉(zhuǎn)動連軸連接，標(biāo)定光纖位于半弧 形光纖護(hù)層里，下方的半弧形光纖護(hù)層與掐扣橫軌連接，掐扣橫軌沿光纖載臺往復(fù)移動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖單雙向彎曲曲率雙通道跟蹤監(jiān)測儀，其特征在于：所述 光纖載臺設(shè)有上封閉殼，上封閉殼通過鏈接折頁與光纖載臺連接，上封閉殼通過上閉合鉤 與光纖載臺上的下閉合鉤的對勾搭接，將整個裝置封閉在一個相對免受外界干擾的環(huán)境 中，在彎曲池位置處對應(yīng)的上封閉殼上布置有封閉板，封閉板采用與試驗光纖外涂層折射 率一致的材質(zhì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖單雙向彎曲曲率雙通道跟蹤監(jiān)測儀，其特征在于：所述 承力端外緣設(shè)有空心圓環(huán)。
4. 一種利用光纖單雙向彎曲曲率雙通道跟蹤監(jiān)測儀監(jiān)測光纖曲損耗值的方法，其特征 在于，包括以下步驟： (1) 將試驗光纖順利通過一端的通道高彈內(nèi)環(huán)，然后穿過彎曲池進(jìn)入到另一端的通道 高彈內(nèi)環(huán)內(nèi)，兩端的光纖對稱設(shè)置，然后轉(zhuǎn)動支撐桿中的擰固軸帶動月牙護(hù)端運動，通過月 牙護(hù)端的圓弧凹槽夾緊通道高彈內(nèi)環(huán)，從而固定試驗光纖，通過彎曲池上的標(biāo)尺刻度，取得 光纖的初始彎曲半徑Rtt ; (2) 選擇與試驗光纖長度一致的標(biāo)定光纖，將標(biāo)定光纖放入到磁性旋轉(zhuǎn)光纖扣的半弧 形光纖護(hù)層中，按照試驗要求放置好之后，轉(zhuǎn)動半弧形光纖護(hù)層通過磁性閉合開關(guān)將標(biāo)定 光纖固定； (3) 將試驗光纖與標(biāo)定光纖與光纖信息獲取設(shè)備連接，在光纖載臺的兩端各施加一個 拉伸光纖受力移動載臺的力，拉動光纖受力移動載臺移動，由于光纖受力移動載臺與磁性 旋轉(zhuǎn)光纖扣通過連軸固定連接，使得光纖受力移動載臺移動與磁性旋轉(zhuǎn)光纖扣同步移動， 通過讀取連桿副刻度盤與連桿刻度盤上的值S，由S = 2 (Rw&-R)，求出光纖的彎曲半徑 R；
K+1( Y a)為修正的Hankel函數(shù)，K為徑向歸一化相位常數(shù)，Y為徑向歸一化衰減常數(shù)，旦 為軸向傳播常數(shù)，V是歸一化頻率，a是纖芯半徑，L為彎曲長度，B代表純彎損耗，單位長度 彎曲損耗系數(shù)為a p，A為試驗光纖的波長，為數(shù)學(xué)常數(shù)，通過步驟（3)求出的光纖的彎 曲半徑R，即可以求出光纖彎曲損耗值Ls。
【文檔編號】G01M11/00GK104359653SQ201410573381
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】蘇懷智, 楊孟, 房彬, 李皓, 李星 申請人:河海大學(xué)