一种基于分布式光纤感测的力和位移测量方法及传感器

发布时间: 2023-10-09

基本信息

合作方式：技术转让

成果类型：发明专利

行业领域：

电子信息技术

成果介绍

本发明公开了一种基于分布式光纤感测的力和位移测量方法及传感器。传感器包括分布式应变感测光纤、薄壁金属圆环、信号传输光纤、光纤解调设备和计算机。所述方法包括如下的步骤：分布式应变感测光纤沿全长用环氧树脂胶水黏贴在薄壁金属圆环的侧壁一圈；光纤解调设备与黏贴在薄壁金属圆环侧壁的分布式应变感测光纤通过信号传输光纤相互串联，并通过串口、网线连接至计算机；在薄壁金属圆环顶点处施加力或位移后，利用光纤解调设备和计算机采集、记录薄壁金属圆环在加载作用下产生的环向应变分布；采用移动平均法对应变监测数据进行平滑处理，并三角函数进行拟合，以求出薄壁金属圆环的最大环向应变值，从而计算得到力和位移；通过标定试验获得该应变值和薄壁金属圆环顶点处的作用力和相应的位移的线性关系式，在此基础上得到传感器的标定系数。本发明采用分布式光纤感测技术对薄壁金属圆环的环向应变进行高精度、全自动、分布式的测试，可以直接测出作用在薄壁金属圆环顶部的力大小及发生的位移。

成果亮点

本发明的目的是，提供一种基于分布式光纤感测的力和位移测量方法及传感器，以使土工试验所测得的力、位移数据更加精确、可靠，并且实现自动化测量，从而彻底解决现有土工试验仪器对力、位移测量精度低、受电磁干扰等缺陷。为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种基于分布式光纤感测力和位移的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、提供一薄壁圆环，在所述薄壁圆环的侧壁上黏贴分布式应变感测光纤，用信号传输光纤连接至光纤解调设备；步骤二、在所述薄壁圆环顶点处施加力或位移，使黏贴在薄壁圆环侧壁上的分布式应变感测光纤发生应变，用光纤解调设备和计算机采集、记录所述薄壁圆环的环向应变分布测值；

团队介绍

发明人：朱鸿鹄（身份证号码：320503197907291014）王德洋施斌李飞许星宇朱泳董文文南京大学，简称“南大”，位于江苏省南京市，系中华人民共和国教育部直属、中央直管副部级建制的全国重点大学，位列国家“双一流”、“985工程”、“211工程”重点建设高校，入选“珠峰计划”、“强基计划”、“111计划”、“2011计划”，为九校联盟（C9）、中国大学校长联谊会、环太平洋大学联盟、21世纪学术联盟、全球大学高研院联盟、国际应用科技开发协作网、东亚研究型大学协会、亚洲校园、金砖国家大学联盟、新工科教育国际联盟、中国高校行星科学联盟、长三角研究型大学联盟、学位授权自主审核单位、长三角可持续发展大学联盟、中俄综合性大学联盟、长三角高校智库联盟成员，首批国家级双创示范基地、国家大学生创新性实验计划、大学通识教育联盟

成果资料

产业化落地方案

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成果综合评价报告

评价单位：“科创中国”大地感知与智慧控灾技术产业科技服务团 (中国岩石力学与工程学会) 评价时间：2023-11-30

程青

南京大学

副教授

综合评价

该发明采用分布式应变感测光纤沿全长黏贴在薄壁金属圆环的侧壁，并结合光纤解调设备和计算机进行数据采集和处理，实现了对薄壁金属圆环在加载作用下的环向应变分布的测量。通过采用移动平均法和三角函数拟合，计算出最大环向应变值，从而实现了力和位移的计算。然而，在实际应用中，我们建议对该方法进行进一步验证和优化。首先，需要充分考虑光纤黏贴的可靠性和稳定性，确保光纤与金属圆环之间的粘附强度和耐久性。其次，对于数据采集和处理的算法和精度进行更加详细的研究和验证，以提高测量结果的准确性和可重复性。此外，需要进行充分的标定试验，通过薄壁金属圆环顶点处作用力和位移的线性关系式确定传感器的标定系数。在标定过程中，应注意测试条件的控制和准确测量力和位移的参考值，以确保标定结果的可靠性和精度。