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专利号: 2023100149918
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于反射式光纤的倾斜角度测量方法,其特征在于,依次包括以下步骤:a:安装所需设备,所需设备为巷道倾角测斜仪,所述的巷道倾角测斜仪包括外壳(1)和位于外壳(1)内的测斜仪本体;

所述的测斜仪本体包括光纤集成探头(2)、反射镜(3)、活动板(4)、位移转换块(8)、主轴(10)以及配重块(11);

所述的光纤集成探头(2)安装在所述外壳(1)的顶盖的内壁,所述的光纤集成探头(2)包括一根单模光纤和一根多模光纤,所述的单模光纤用于与光源连接,所述的多模光纤用于与光探测器连接;

所述的反射镜(3)位于所述的活动板(4)上,且与所述的光纤集成探头(2)相对设置;

b:测量倾角

将所述的巷道倾角测斜仪放置于待测物体表面,当倾角发生变化时,所述的配重块(11)带动主轴(10)一直呈竖直状态,此时推动所述的活动板(4),上移或者下移,从所述的光纤集成探头(2)发出的光经所述的反射镜(3)反射至多模光纤,由于反射镜(3)随着活动板(4)进行上下移动,使得多模光纤接收到的光功率发生变化,在位移转换块(8)的作用下,当主轴(10)左旋时,所述的活动板(4)向下移动,此时倾角大小θ按照式(1)计算:式(1)中:

R:主轴旋转时半径大小;

H:竖直位移变化,H根据光功率变化值P0减去P1求得,P0为初始光功率大小,P1为多模光纤接收到的光功率;

当主轴(10)右旋时,所述的活动板(4)向上移动,此时倾角大小θ按照式(2)计算:式(2)中:

R:主轴旋转时半径大小;

r:位移转换块的弧形半径;

H:竖直位移变化,H根据光功率变化值P0减去P2求得,P0为初始光功率大小,P2为多模光纤接收到的光功率。

2.根据权利要求1所述的一种基于反射式光纤的倾斜角度测量方法,其特征在于:多模光纤接收到的光功率P1由式(3)计算得到:

多模光纤接收到的光功率P2由式(4)计算得到:

式(3)和式(4)中:

k1、k2、k3的值分别由式(5)、(6)、(7)计算得到k1=P0(1‑c)[1+exp(a)]                          (5)k2=P0(1‑c)                                 (6)‑1

k3=tan[sin (NA/n0)]                           (7)式(5)、(6)、(7)中:

a为多模光纤纤芯半径,NA为多模光纤的数值孔径,n0为光纤外介质的折射率,c代表接收光纤末端的菲涅尔反射,P0为初始光功率大小,k1、k2均为多模光纤中与结构设定相关的常数,k3为多模光纤中与模式功率分布相关的常数。

3.根据权利要求1所述的一种基于反射式光纤的倾斜角度测量方法,其特征在于:所述的位移转换块(8)位于活动板(4)的下方,且位移转换块(8)包括水平部和弧形部,水平部与活动板(4)平行,弧形部向靠近活动板(4)的一侧凸起,且弧形部的最高点位与滚动轴承(9)处;

所述的弧形部的半径小于所述的主轴(10)的摆动半径;

在所述的主轴(10)的中上部设置有固定轴承(6),所述的固定轴承(6)的两端固定在所述的外壳(1)的前、后壁上。

4.根据权利要求1所述的一种基于反射式光纤的倾斜角度测量方法,其特征在于:所述的活动板(4)横向安装在所述的外壳(1)内,在所述的活动板(4)与外壳(1)的顶盖的内壁之间设置有弹簧(7),所述的弹簧(7)设置有两组,两组弹簧(7)以集成光纤探头为中心,呈对称设计,在左端的弹簧(7)底部设置有用于平衡气压的小孔;

所述的主轴(10)的顶端通过滚动轴承(9)连接在所述的活动板(4)的下方,所述的主轴(10)的底端设置配重块(11)。

5.一种基于反射式光纤的巷道倾角测斜仪,包括外壳(1)和位于外壳(1)内的测斜仪本体,其特征在于:所述的测斜仪本体包括光纤集成探头(2)、反射镜(3)、活动板(4)、位移转换块(8)、主轴(10)以及配重块(11);

所述的光纤集成探头(2)安装在所述外壳(1)的顶盖的内壁,所述的光纤集成探头(2)包括一根单模光纤和一根多模光纤,所述的单模光纤用于与光源连接,所述的多模光纤用于与光探测器连接;

所述的反射镜(3)位于所述的活动板(4)上,且与所述的光纤集成探头(2)相对设置;

所述的活动板(4)横向安装在所述的外壳(1)内,在所述的活动板(4)与外壳(1)的顶盖的内壁之间设置有弹簧(7),所述的弹簧(7)设置有两组,两组弹簧(7)以集成光纤探头为中心,呈对称设计,在左端的弹簧(7)底部设置有用于平衡气压的小孔;

所述的主轴(10)的顶端通过滚动轴承(9)连接在所述的活动板(4)的下方,所述的主轴(10)的底端设置所述的配重块(11);在所述的主轴(10)的中上部设置有固定轴承(6),所述的固定轴承(6)的两端固定在所述的外壳(1)的前、后壁上;

所述的位移转换块(8)位于活动板(4)的下方,且所述的位移转换块(8)包括水平部和弧形部,所述的水平部与活动板(4)平行,所述的弧形部向靠近活动板(4)的一侧凸起,且所述的弧形部的最高点位与所述的滚动轴承(9)处;

所述的弧形部的半径小于所述的主轴(10)的摆动半径。

6.根据权利要求5所述的一种基于反射式光纤的巷道倾角测斜仪,其特征在于:所述的反射镜(3)表面进行镀银处理。

7.根据权利要求5所述的一种基于反射式光纤的巷道倾角测斜仪,其特征在于:所述的活动板(4)的边缘与所述的外壳(1)的内壁紧密接触并且可沿着外壳(1)的内壁可上下自由滑动。

8.根据权利要求5所述的一种基于反射式光纤的巷道倾角测斜仪,其特征在于:所述的反射镜(3)粘接在所述的活动板(4)上。