基于Bragg光栅的全光纤实时测量倾斜仪

摘要

一种基于Bragg光栅的全光纤实时测量倾斜仪，其创新在于：所述倾斜仪由输入光纤段、检测光纤段和垂重段组成；所述检测光纤段内设置有布拉格光纤光栅，检测光纤段一端与输入光纤段连接，检测光纤段另一端与垂重段连接；所述输入光纤段用于将检测光导入检测光纤段内。本发明的有益技术效果是：结构简单，体积较小，灵敏度高，测量精确度高，不需要机械传动结构，不受温度变化影响。

说明书

技术领域

    本发明涉及一种测量倾斜度的装置，尤其涉及一种基于Bragg光栅的全光纤实时测量倾斜仪。

背景技术

倾斜测量在大型建筑物（如高楼、大桥和大坝以及大型机械设备）的质量动态监测中有着重要的作用。与电类倾斜仪相比，基于光纤的倾斜仪有着体积小、灵敏度高、防电磁干扰等独特的优势。

现有的光纤倾斜仪主要由设置有布拉格光纤光栅的测量光纤和机械结构的倾斜传输机构组成，其工作原理为：倾斜传输机构固定在被测结构体上，当被测结构体发生倾斜时，倾斜传输机构上的感应部就会发生运动，受感应部的传动，测量光纤的轴向长度就会发生变化，从而使布拉格光纤光栅的中心波长产生漂移，通过解调处理计算出中心波长的漂移量就能实现对倾斜量的测量；存在的问题有：1）解调处理麻烦：现有技术在进行解调处理时，需要先通过滤波器把波长的漂移转换为光强的变化，再通过光电探测器探测出光强才能获取到斜测量；2）装置体积大：由于倾斜传输机构为机械结构，再加上滤波器也要占用一定的空间，因此装置体积较大，在一定程度上限制了测量装置的应用范围；3）易受温度变化影响：由于倾斜传输机构为机械结构，本领域技术人员应该清楚，机械结构在自然环境中存在热胀冷缩问题，这就会在测量结果中引入较大误差，导致测量结果不准确。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种基于Bragg光栅的全光纤实时测量倾斜仪，其结构为：所述倾斜仪由输入光纤段、检测光纤段和垂重段组成；所述检测光纤段内设置有布拉格光纤光栅，检测光纤段一端与输入光纤段连接，检测光纤段另一端与垂重段连接；所述输入光纤段用于将检测光导入检测光纤段内。

本发明的原理是：测量时，通过输入光纤段将倾斜仪悬挂在被测结构体上，且让检测光纤段和垂重段自然下垂（此时检测光纤段和垂重段的轴向均与竖直方向平行，且输入光纤段与检测光纤段的连接处也与竖直方向平行）；当被测结构体发生倾斜时，由于输入光纤段固定在被测结构体上，输入光纤段就会随着被测结构体发生倾斜，从而使输入光纤段与检测光纤段的连接处与竖直方向产生一定的夹角，由于垂重段的质量较大（垂重段起增加倾斜仪末端质量的作用），检测光纤段就会在输入光纤段和垂重段的双重作用下出现弯曲，从而导致布拉格光纤光栅的前向传输基模与后向传输基模的耦合系数减小；检测时，检测光从输入光纤段射入检测光纤段内并在布拉格光纤光栅处发生反射，当倾斜发生后，由布拉格光纤光栅反射回的光的光强就会减小，通过测量正常状态和倾斜状态两种情况下光强的变化量，就能获得倾斜角度的数据；本发明的优点是：1）本发明的检测原理不同于现有技术，现有技术中，倾斜传输机构的倾斜角变化只能反应为中心波长的漂移量，因此需要先对中心波长这一中间变量进行检测，而本发明的方案使得倾斜角的变化会直接反应为反射光的光强变化，这就省去了用于探测中心波长的相关装置，而光强变化可以直接由光电探测器进行探测，使得系统复杂度和解调复杂度都得到相应降低；2）由于本发明的倾斜仪及其测量系统中不涉及机械传动结构，这就避免了机械结构受温度影响的问题，保证了测量的精确性；3）由于所需器件的减少，使得装置的体积更加小巧。

优选地，所述垂重段由空心光纤和填料组成，填料填充在空心光纤的内孔中；空心光纤端部与检测光纤段连接。

优选地，所述填料采用锡块。

为了进一步增加检测光纤段的形变灵活性，本发明还作了如下改进：所述检测光纤段的外径小于输入光纤段的外径。经过此改进后，由于检测光纤段的外径相对细小，检测光纤段可以更加灵敏地感应到输入光纤段倾斜角度的变化，从而提高倾斜仪的灵敏性。

本发明的有益技术效果是：结构简单，体积较小，灵敏度高，测量精确度高，不需要机械传动结构，不受温度变化影响。

附图说明

图1、本发明的结构示意图一；

图2、本发明的结构示意图二（本图中的结构就对检测光纤段的外径进行细化处理）；

图3、倾斜状态时的结构示意图；

图中各个标记所对应的部件名称分别为：输入光纤段1、检测光纤段2、垂重光纤段3、填料4、被测结构体5。

具体实施方式

一种基于Bragg光栅的全光纤实时测量倾斜仪，其结构为：所述倾斜仪由输入光纤段1、检测光纤段2和垂重段3组成；所述检测光纤段2内设置有布拉格光纤光栅，检测光纤段2一端与输入光纤段1连接，检测光纤段2另一端与垂重段3连接；所述输入光纤段1用于将检测光导入检测光纤段2内。

进一步地，所述垂重段3由空心光纤和填料组成，填料填充在空心光纤的内孔中；空心光纤端部与检测光纤段2连接。

进一步地，所述填料采用锡块。

进一步地，所述检测光纤段2的外径小于输入光纤段1的外径。