一种水杯式光纤Bragg光栅沉降仪及其使用方法
专利汇可以提供一种水杯式光纤Bragg光栅沉降仪及其使用方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 水 杯式光纤Bragg光栅沉降仪及其使用方法，属光 电子 测量器件技术领域。本发明长方体容器和球形容器都装有水，容器里装有水，长方体容器和球形容器由蛇形管相连相通，构成一个密闭容器；蛇形管和球形容器内、 外壳 之间是一个空腔，光纤从空腔引出；长方体容器和球形容器中分别放有结构相同的光栅液位 传感器 Ⅰ和光纤Bragg光栅 液位传感器 Ⅱ，光栅液位传感器Ⅰ和光纤Bragg光栅液位传感器Ⅱ通过光纤与外部 信号 处理装置连接。本发明利用差压法，抵消掉 大气压 对沉降观测的影响，提高了测量 精度 ；利用传感光栅对 温度 和压 力 响应的差异性，可实现对温度和液位的同时测量，且实现对温度 波动 干扰的补偿。，下面是一种水杯式光纤Bragg光栅沉降仪及其使用方法专利的具体信息内容。
1.一种水杯式光纤Bragg光栅沉降仪，其特征是：包括长方体容器，光纤Bragg光栅液位传感器Ⅰ，蛇形管，光纤，球形容器，光纤Bragg光栅液位传感器Ⅱ；长方体容器和球形容器都装有水，容器里装有水，长方体容器和球形容器由蛇形管相连相通，构成一个密闭容器；蛇形管和球形容器内、外壳之间是一个空腔，光纤从空腔引出；长方体容器和球形容器中分别放有结构相同的光栅液位传感器Ⅰ和光纤Bragg光栅液位传感器Ⅱ，光栅液位传感器Ⅰ和光纤Bragg光栅液位传感器Ⅱ通过光纤与外部信号处理装置连接。
2.根据权利要求1所述的一种水杯式光纤Bragg光栅沉降仪，其特征是：光纤Bragg光栅液位传感器为圆波纹膜片与金属容器构成一个密闭的腔体，等强度悬臂梁顶端垂直固定金属传压杆，金属传压杆的顶端接触圆波纹膜片的几何中心，在等强度悬臂梁的固定端上下表面贴有光纤Bragg光栅。
3.根据权利要求1所述的一种水杯式光纤Bragg光栅沉降仪，其特征是：在长方体容器和球形容器的水面上加有一层油。
4.一种水杯式光纤Bragg光栅沉降仪的使用方法，其特征是：所述的水杯式光纤Bragg光栅沉降仪的使用方法是长方体容器固定在不随坝体沉降的基座上，当有沉降发生时，液位差增加，作用在圆波纹膜片上的水压力增大，使圆波纹膜片形变发生变化，进一步引起粘贴在等强度悬臂梁的光纤Bragg光栅发生波长移位，光纤Bragg光栅通过外接光纤，利用外部信号处理装置得到光纤Bragg光栅中心波长的移位值，利用公式,公式中 有效弹光系数， 为光纤Bragg光栅的中心波
长， 为波长的移位量，p为压强，t是圆波纹膜片的厚度，r是圆波纹膜片的工作部分半径，a是圆波纹膜片任意部位的半径，E是圆波纹膜片材料的弹性模量， 是圆波纹膜片材料的密度， 为圆波纹膜片材料的泊松比， 为等强度悬臂梁的厚度，为等强度悬臂梁的长度，g为地球引力常数，h为液位高度，从而计算出测点处的水压值，根据差压法原理，可算出两个光纤Bragg光栅液位传感器之间的液位高度，减去沉降前两个光纤Bragg光栅液位传感器之间的液位高度，就得坝体的沉降量。
一种水杯式光纤Bragg光栅沉降仪及其使用方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
（1）
式（1）中，有效弹光系数 ， 为光纤Bragg光栅的中心波长， 为波长的
移位量， 为切向应变。
（2）
有公式（2）可以得知，在中心（r=0）处的挠度最大，其挠度最大值为：
（3）
满足小挠度理论范围的公式为：
（4）。
（6）
把（6）式代入（1）式，并有压强公式 ，可得光纤Bragg光栅的Bagg波长移位与液位 的关系为：
（7）
式（7）表明了液位传感器所受到的液位高度h与光纤Bragg光栅的Bragg波长移位之间的数学模型，通过测量光纤Bragg光栅的Bragg波长移位可以计算出液位。
(8)
由（8）式可得沉降前两液位传感器之间的液位高度。当有沉降发生，且长方体容器中的液位也发生了变化，假设此时测得的长方体容器中的液位传感器测得的压强为 ，液位为a，球形容器中的液位传感器测得的压强为 ，液位为b,同样由差压法可得：
（9）
（7）、（8）、（9）式中 （水的密度）， （地球引力常数），h为液位
高度。
1、 圆波纹膜片7材料：恒弹合金3J53,，杨氏弹性模量 GPa，泊松比 ；
2、 圆波纹膜片7尺寸：半径 mm, mm，厚度t=0.5mm；
3、 等强度悬臂梁11的长度 mm，厚度 mm，
4、 蛇形管尺寸：长度2m；
5、 光纤Bragg光栅10技术参数：中心波长 nm，有效弹-光系数
；
6、 长方体容器1与球形容器5有蛇形管3相连相通，蛇形管采用两端口有螺纹的有很好柔性管子，使两容器与蛇形管能较好的连接。
（10）
将已知量代入式（10），理论计算表明，当光纤Bragg光栅解调仪的波长分辨率为1pm时，该传感器的分辨率为0.3987cm=3.987mm。根据圆形薄板小挠度变形理论，圆波纹膜片的挠度变化量应小于圆波纹膜片厚度的1/3，可得该液位传感器的理论最大量程为
0.03048MPa。由压强公式 ，其液位高最大为3m.计算结果表明，本发明具有高测量分辨率，测量误差小，重复性好等优点，同时可测得的沉降范围为（0-2）m。
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