1.一种光纤光栅串接方式下的光纤光栅位移计,其特征在于主体结构包括第一探杆、第一垫块、第一弹簧、第二垫块、等强度梁、第一光纤光栅、第二光纤光栅、第三垫块、第二探杆、第四垫块、第二弹簧、第五垫块、悬臂梁、第三光纤光栅、第四光纤光栅、第一尾纤、第二尾纤、位移计固定装置和壳体开口;第一垫块和第二垫块固定在与L形结构的位移计固定装置采用无摩擦滑动轨道相连的位移计壳体上,第一弹簧的两端分别固定安装有第一垫块和第二垫块,第一弹簧安装有第二垫块的一端固定在等强度梁上,另一端与第一探杆相连接,第一探杆和待测建筑物相连,等强度梁与第二垫块采用无摩擦滑动轨道相连,使等强度梁在竖直方向上产生位移,第一光纤光栅和第二光纤光栅采用军用胶J133分别对称粘贴在等强度梁的正面和反面,等强度梁粘贴有第二光纤光栅的一侧下端固定安装有第三垫块;位移计固定装置采用军用胶J133粘贴在待测建筑物上;悬臂梁采用军用胶J133水平固定在位移计壳体上,第三光纤光栅和第四光纤光栅采用军用胶J133分别对称粘贴在悬臂梁的正面和反面,第二弹簧的上下两端分别固定安装有第五垫块和第四垫块,第二弹簧安装有第五垫块的一端固定在悬臂梁上,另一端与第二探杆相连接,第二探杆垂直安装在位移计固定装置的水平方向上,第二光纤光栅、第一光纤光栅、第三光纤光栅和第四光纤光栅依次采用光缆串接并经过壳体开口引出,连接第一光纤光栅和第三光纤光栅的光缆穿过悬臂梁;第一尾纤与连接第四光纤光栅的光缆连接,第二尾纤与连接第二光纤光栅的光缆连接。
2.根据权利要求1所述光纤光栅串接方式下的光纤光栅位移计,其特征在于所述第一尾纤为不同波长的光载波信号发送端,与复用器相连并发射红色和蓝色两种不同波长的光载波,其中红色光载波用于测量待测建筑物的水平位移,蓝色光载波用于测量待测建筑物的沉降;光载波经复用器汇合在一起并耦合到光纤路中同一根光纤中进行传输;第二尾纤为光纤的接收端,与分波器相连,第二尾纤经分波器将各种波长的光载波进行分离,然后由外接的光接收机进一步处理恢复信号。
3.根据权利要求1所述光纤光栅串接方式下的光纤光栅位移计,其特征在于工作时,外接产生的位移量经第二探杆和第二弹簧输入悬臂梁,输入的位移量使悬臂梁发生变形,悬臂梁的变形量引起粘贴在其正反两面的第三光纤光栅和第四光纤光栅发生形变并产生相应的应变值;然后检测两个光纤光栅感变形而发生的波长漂移并进行计算得到输入位移量,具体计算过程为:(a)由于两个光纤光栅对称贴在悬臂梁的两侧能实现温度的自补偿,故两个光纤光栅的工作环境温度是相同的,那么光栅波长的漂移公式为:式中:ΔλB1为悬臂梁正面光纤光栅中心波长的漂移量;ΔλB2为悬臂梁反面光纤光栅中心波长的漂移量;λB1为悬臂梁正面光纤光栅内布拉格谐振波长;λB2为悬臂梁反面光纤光栅内布拉格谐振波长;P为有效弹光系数;ε为悬臂梁一点处的应变值;
(b)设悬臂梁固定端的宽度为b,梁长为l,梁高为h,梁的弹性模量为E,则梁自由端挠度δ和梁自由端所受力F之间的关系为:悬臂梁各点应变值ε和梁自由端所受力F之间的关系为:
将(3)式带入(2)式可得:
(c)如外界有位移量x经第二探杆输入位移计,则有如下关系式:
δ=x (5)
由(4)和(5)可知:
将公式(6)变形带入公式(1)可以得出位移与波长之间的关系,如下: