1.一种光纤光栅采空区上覆岩层测倾仪,其包括测倾仪本体和壳体,所述的壳体位于所述的测倾仪本体的外围,所述的壳体可跟随岩层或土壤发生倾斜,其特征在于:所述的测倾仪本体包括第一固定件(30)、第二固定件(31)、磁体(50)、转动支架结构以及光纤光栅(40),所述的光纤光栅(40)涂有磁性涂层;所述的第一固定件(30)和第二固定件(31)相对设置,在所述的第一固定件(30)和第二固定件(31)之间设置所述的磁体(50),所述的磁体(50)整体为上轻下重的梭形结构,磁体(50)的两端与所述的第一固定件(30)和第二固定件(31)的垂直距离分别为0.8~1.2cm;
所述的光纤光栅(40)呈二维螺旋分布布置在所述的第一固定件(30)和第二固定件(31)上;
所述的转动支架结构包括无阻尼圆盘转轴(20)、横向无阻尼转轴(22)以及两个悬挂支架(21),所述的第一固定件(30)通过所述的无阻尼圆盘转轴(20)固定在所述的壳体的上盖的内侧,所述的横向无阻尼转轴(22)穿过所述的磁体(50)的中部,所述的横向无阻尼转轴(22)的两端分别通过可自由转动的横向插销连接对应的悬挂支架(21),当所述的无阻尼圆盘转轴(20)转动时可带动所述的磁体(50)进行360°横向自由转动。
2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅采空区上覆岩层测倾仪,其特征在于:所述的第一固定件(30)为上窄下宽的碟形体,所述的第二固定件(31)为上宽下窄的碟形体,且两个碟形体的大小相同。
3.根据权利要求1所述的一种光纤光栅采空区上覆岩层测倾仪,其特征在于:所述的磁体(50)分为上下部分,分别为上部呈锥形的第一磁体和下部呈倒锥形的第二磁体,所述的第一磁体的高度大于所述的第二磁体的高度。
4.根据权利要求2所述的一种光纤光栅采空区上覆岩层测倾仪,其特征在于:所述的第二固定件(31)固定连接在所述的壳体的底部内侧。
5.根据权利要求3所述的一种光纤光栅采空区上覆岩层测倾仪,其特征在于:当所述的壳体跟随岩层或土壤发生倾斜时,所述的磁体(50)始终呈上轻下重且在竖直方向上相对静止的状态,所述的磁体(50)通过对所述的光纤光栅(40)产生磁性吸引力,并使得所述的光纤光栅产生变形拉伸现象。
6.一种光纤光栅采空区上覆岩层测倾仪的测量方法,其特征在于,所述的测量方法包括以下步骤:S1、安装如权利要求1~5任一项所述的一种光纤光栅采空区上覆岩层测倾仪;
S2、将壳体固定于被测结构上,当被测结构倾角发生变化时,壳体也发生相同的倾斜角度变化,磁体(50)因自身自重原因,在竖向上始终处于静止状态;
S3、第一固定件(30)、第二固定件(31)随着壳体发生倾斜转动,并与磁体(50)产生相对转动,并使得第一固定件(30)和第二固定件(31)上的光纤光栅由于磁体(50)的吸引作用,产生相对的应力应变,从而导致光纤光栅中心波长的漂移,根据中心波长的变化位置与倾角的对应关系,如式(1)(2):d1=S/2nπ–nd/2;d2=S/2nπ–nd/2 (1)Sinθ=d1/L3= d2/L4 (2)
式中:
d1,d2—磁体距离中心轴的偏移投影距离;
S—光纤光栅解调仪上监测所得的峰值出现的波长距离;
n—为光纤光栅的盘绕圈数;
d—光纤光栅呈盘绕状态时,外圈和内圈的半径差值;
θ—倾角;
L3—磁体上半轴长度,即为OA长度;
L4—磁体下半轴长度,即为OB长度;
结合式(1)、(2),即得倾角的大小和方向。