[发明专利]一种多点串联式分布式光纤位移传感器及其测量系统

权利要求书

1.一种多点串联式分布式光纤位移传感器，其特征在于：包括1根分布式应变传感光纤(1)、胶黏剂(2)、n个变截面悬臂梁(3)、2个悬臂梁基座(4)、n个量程垫板(5)和2个固定底座(6)；n为大于等于1的正整数；所述分布式应变传感光纤(1)通过胶黏剂(2)黏贴于变截面悬臂梁(3)的上下表面，所述变截面悬臂梁(3)的根部与一个悬臂梁基座(4)固定，端部搭接到另一个悬臂梁基座(4)上，并且端部与另一个悬臂梁基座(4)之间通过量程垫板(5)垫高，2个所述悬臂梁基座(4)分别通过对应的所述固定底座(6)与被测结构固定；

所述分布式光纤位移传感器的位移测量灵敏系数k_d为常数，表达式为k_d＝|ε_t-ε_b|/w，其中w代表变截面悬臂梁(3)端部与量程垫板(5)搭接位置在垂直于变截面悬臂梁(3)方向上的位移变化量，ε_t代表变截面悬臂梁(3)上表面的分布式应变传感光纤(1)的应变变化量，ε_b代表变截面悬臂梁(3)下表面的分布式应变传感光纤(1)的应变变化量，ε_t和ε_b的应变符号相反，|ε_t-ε_b|代表变截面悬臂梁(3)上下表面的分布式应变传感光纤(1)的应变变化量的总和；在已知k_d时，通过测量|ε_t-ε_b|，并依据关系w＝|ε_t-ε_b|/k_d计算得到分布式光纤位移传感器的w的变化，实现位移测量。

2.根据权利要求1所述的分布式光纤位移传感器，其特征在于：所述变截面悬臂梁(3)的悬挑部分的几何形状为三角形板状，板厚度t为常数，且在悬挑长度x位置的截面宽度b(x)需满足b(x)＝k(L-x)，其中k为常数，L为变截面悬臂梁(3)悬挑部分的总长度。

3.根据权利要求2所述的分布式光纤位移传感器，其特征在于：所述分布式应变传感光纤(1)使用胶黏剂(2)沿直线粘贴于变截面悬臂梁(3)的上下表面，具体位置为变截面悬臂梁(3)悬挑部分三角形板的端部顶点至底边的垂直线，所述分布式应变传感光纤(1)与变截面悬臂梁(3)协调变形。

4.根据权利要求1所述的分布式光纤位移传感器，其特征在于：所述变截面悬臂梁(3)的端部搭接在量程垫板(5)上，搭接位置距变截面悬臂梁(3)的端部顶点的长度dL小于等于变截面悬臂梁(3)悬挑长度L的5％，即dL≤0.05L。

5.根据权利要求1所述的分布式光纤位移传感器，其特征在于：所述分布式光纤位移传感器的位移测量灵敏系数k_d与变截面悬臂梁(3)的几何参数之间的关系式为k_d＝(t+d)/(L-dL)²，其中t代表变截面悬臂梁(3)悬挑部分三角板的厚度，d代表分布式应变传感光纤(1)的直径，L为变截面悬臂梁(3)悬挑部分的总长度，dL为搭接位置距变截面悬臂梁(3)的端部顶点的长度，所述分布式光纤位移传感器可以通过调整t、d、L、dL四项参数定制位移测量灵敏系数k_d。

6.根据权利要求5所述的分布式光纤位移传感器，其特征在于：所述分布式光纤位移传感器在初始状态时，2个悬臂梁基座(4)与变截面悬臂梁(3)的接触面处于相同水平高度，通过量程垫板(5)将变截面悬臂梁(3)的端部垫高，即变截面悬臂梁(3)端部与量程垫板(5)的搭接位置在初始状态时翘起高度等于量程垫板(5)的厚度。