[发明专利]矿用光纤光栅传感器的标定装置及标定方法

权利要求书

1.一种矿用光纤光栅传感器的标定装置，其特征是：所述的标定装置包括：液压系统、保护柜（1）、安置在保护柜外的油箱液位显示计（2）、安置有高精度压力表（4）和功能按钮（5）的控制箱（3）、安装有手动控制阀（6）和电磁控制阀（7）的操作台（8）、液压站（9）和安装有拉伸油缸（11）的试验架（13），其中拉伸油缸通过油管（10）与操作台连接，与拉伸油缸相连的油缸活塞杆（12）安置在实验架内，夹具（14）设置在实验架的一端，用于固定待标定构件；

液压系统包括：电磁换向阀(15)、手动换向阀(16)、油泵(17)、电机(18)、过滤器(19)、溢流阀(20)、压力转换器(21)和油箱(22)；电磁换向阀(15)和手动换向阀(16)的第一入口并联后同时与压力转换器(21)和液压站(9)的一端连接，压力转换器(21)的另一端接压力表；电磁换向阀(15)和手动换向阀(16)的第二入口并联后同时与液压站(9)的另一端连接，电磁换向阀(15)和手动换向阀(16)的出口串联后一端同时与油箱(22)和溢流阀(20)的一端连接，另一端与油泵(17)的输出端连接，油泵(17)的输入端通过过滤器(19)接油箱(22)，溢流阀(20)的另一端接油箱(22)。

2.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅传感器的标定装置，其特征在于：所述的高精度压力表（4）能够显示加载载荷时的力，压力表量程为0MPa~60MPa。

3.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅传感器的标定装置，其特征在于：所述的功能按钮（5）包括启停按钮、启动指示灯、前进按钮和后退按钮，其功能是控制系统的启动与停止、指示装置的工作状态及控制拉伸油缸的伸缩动作。

4.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅传感器的标定装置，其特征在于：所述的设在操作台（8）上的手动控制阀（6）和电磁控制阀（7）串联在液压系统，其功能是分别独立操作控制拉伸油缸（11）的工作方式。

5.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅传感器的标定装置，其特征在于：所述的拉伸油缸（11）的缸径为160mm。

6.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅传感器的标定装置，其特征在于：所述的油缸活塞杆（12）的直径为70mm，最大工作行程为1000mm。

7.一种使用矿用光纤光栅传感器标定装置的标定方法，其特征在于：所述的标定方法根据静态标定中比较法的标定思想可按如下步骤进行标定：

（1）安装；按照发明装置，根据不同结构的矿用光纤光栅传感器，将待标定的矿用光纤光栅传感器连接安装在正确的位置，矿用光纤光栅传感器通过光纤接到光纤光栅静态解调仪上，光纤光栅静态解调仪通过网线与安装有监测处理软件的电脑端连接；

（2）标定；a、标定前；矿用光纤光栅传感器安装完毕，检查无误后，按下装置操作箱上的启动按钮，使装置进入工作状态；

b、标定中；按下操作箱上的前进和后退功能按钮即可控制油缸将油压作用在活塞杆上，使其伸长和缩进，活塞杆的动作可使光纤光栅传感器受力，并均匀加载压力，及时记录装置上高精度压力表上的压力数值；光纤光栅静态解调仪通过解调光纤的光波信号至电信号，电脑存储解调后的电信号并由监测处理软件记录标定时光纤光栅传感器的波长变化数值；

c、标定后；将记录的压力数值和光纤波长变化数值进行后期处理，得到压力-波长的关系曲线，并进行曲线拟合和回归分析，得到拟合曲线方程，从而完成对光纤光栅传感器线性度、灵敏度的标定；

（3）光纤光栅传感器标定结束后，按下操作箱上的停止按钮使装置停止工作。

8.根据权利要求7所述的一种矿用光纤光栅传感器的标定方法，其特征是所述步骤（1）中的矿用光纤光栅传感器包括矿用光纤光栅应变传感器、矿用光纤光栅压力传感器、矿用光纤光栅位移传感器。

9.根据权利要求7所述的一种矿用光纤光栅传感器的标定方法，其特征在于：所述步骤（2）的c中采用的曲线拟合的方法为最小二乘法，令标定过程中记录的数据点（                                                ,）（=0，1，2，…，）表示压力数值和波长数值，其中表示标定过程中压力加载次数，具体拟合过程如下步骤：

①由已知记录的数据点（,）画出函数粗略的图形——散点图，确定拟合多项式的次数；

②根据确定的多项式次数写出拟合曲线方程，其中、、…、为各项系数；

③根据数据（,）及次数列表计算关于压力的表达式、、…、的值和关于波长的表达式、、、…、的值；

④由数理统计知识可知关于多项式系数、、…、的线性方程组，可用矩阵表示为：

可知此系数矩阵是一个对称正定矩阵，故存在唯一解；通过矩阵即可解出各项系数、、…、的值，近而得出拟合曲线方程。