光纤光栅单点位移应变计、多点位移应变计及使用方法

技术领域

本发明属于光纤光栅传感监测技术领域，特别涉及光纤光栅单点位移应变计、多点位移应变计及使用方法。

背景技术

多点位移计是一种测量物体在不同位置时的形变或位移的仪器。相比于单点位移计，多点位移计可以在物体的多个位置同时进行测量，能够更准确地记录和分析物体的变形情况。多点位移计主要用于水工结构物或土坝、土堤、边坡、隧道等结构物深层多部位的位移、沉降、应变、滑移等物理量的检测。

目前，多点位移计的位移传感器通常采用振弦式位移计，主要包括振弦式传感器、测杆、护管、安装基座、锚头、电缆等结构，具有安装简便等优点，但是其容易受电磁干扰，进而影响测试精度，同时也存在测得的传感信息量单一等缺点，使得该类位移计在一些场景下使用受到限制。

因此，如何提供一种光纤光栅多点位移应变计，抗电磁干扰能力强，可对位移和应变进行动态检测，测试精度高，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中的多点位移计容易受电磁干扰，进而影响测试精度，且传感信息量单一等技术问题。

为了解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种光纤光栅单点位移应变计，用于对待测物体的位移和应变进行监测，所述单点位移应变计包括：光纤光栅应变传感器，埋设在所述待测物体的内部；外壳，具有测量面、固定面和位移通道，所述测量面与所述固定面相对立，所述位移通道位于所述测量面和所述固定面之间；测杆，一端与所述光纤光栅应变传感器固定连接，所述测杆内设置有光纤通道；光纤光栅位移测量组件，设置在所述位移通道内，所述测杆的另一端穿过所述测量面与所述光纤光栅位移测量组件固定连接，所述光纤光栅位移测量组件用于测量所述光纤光栅应变传感器的位移值；第一光纤，一端与所述光纤光栅应变传感器连接，另一端依次穿过所述光纤通道、所述光纤光栅位移测量组件和所述固定面连接外部设备；光纤组件，一端与所述光纤光栅位移测量组件连接，另一端穿过所述固定面连接波长解调器。

在第一方面中，所述光纤光栅位移测量组件包括：滑道，固定在所述外壳的内侧壁，所述滑道的两侧分别开设有第一导向槽和第二导向槽；第一斜楔，具有第一滑动面、第一传动面和第一斜面，所述第一滑动面与所述第一斜面相对立并与所述第一传动面相垂直，所述第一滑动面与所述第一导向槽滑动连接，所述第一斜面具有第一倾角，所述第一斜面的倾斜方向为由所述固定面向所述测量面向下倾斜，所述第一传动面与所述测杆的另一端固定连接；第二斜楔，与所述第一斜楔相邻设置并与所述第一斜楔呈一体结构，所述第二斜楔的形状与所述第一斜楔的形状相同，所述第二斜楔具有第二滑动面、第二传动面和第二斜面，所述第二滑动面与所述第二斜面相对立并与所述第二传动面相垂直，所述第二滑动面与所述第一滑动面位于同一平面上，所述第二滑动面与所述第二导向槽滑动连接，所述第二斜面具有第二倾角，所述第二倾角等于所述第一倾角，所述第二斜面的倾斜方向与所述第一斜面的倾斜方向相反，所述第二传动面与所述测杆的另一端固定连接，所述第二传动面与所述第一传动面位于同一平面上；第一等强度梁组件，一端固定在所述固定面上，所述第一等强度梁组件的另一端与所述第一斜面的中部相接触；第二等强度梁组件，一端固定在所述测量面上，所述第二等强度梁组件的另一端与所述第一斜面的中部相接触，所述第二等强度梁组件的形状和材质分别与所述第一等强度梁组件的形状和材质相同；第一光纤光栅，固定在所述第一等强度梁组件上，所述第一光纤光栅与所述光纤组件的一端连接；第二光纤光栅，固定在所述第二等强度梁组件上，所述第二光纤光栅与所述光纤组件的一端连接，所述第二光纤光栅的型号与所述第一光纤光栅的型号相同；其中，所述第一光纤的另一端穿过所述第一斜楔或所述第二斜楔连接外部设备。

在第一方面中，所述第一等强度梁组件包括：第一等强度梁，一端固定在所述固定面上，所述第一等强度梁与所述第一滑动面相平行，所述第一光纤光栅固定在所述第一等强度梁的另一端；第一等截面梁，一端与所述第一等强度梁的另一端连接，所述第一等截面梁与所述第一滑动面相平行，所述第一等截面梁的厚度和所述第一等强度梁的厚度相同，所述第一等截面梁和所述第一等强度梁呈一体结构；第一牛眼螺钉，具有第一固定端和第一滚动端，所述第一固定端与所述第一等截面梁的另一端固定连接，所述第一滚动端与所述第一斜面的中部相接触。

在第一方面中，所述第二等强度梁组件包括：第二等强度梁，一端固定在所述测量面上，所述第二等强度梁与所述第二滑动面相平行，所述第二光纤光栅固定在所述第二等强度梁的另一端；第二等截面梁，一端与所述第二等强度梁的另一端连接，所述第二等截面梁与所述第二滑动面相平行，所述第二等截面梁的厚度和所述第二等强度梁的厚度相同，所述第二等截面梁和所述第二等强度梁呈一体结构；第二牛眼螺钉，具有第二固定端和第二滚动端，所述第二固定端与所述第二等截面梁的另一端固定连接，所述第二滚动端与所述第二斜面的中部相接触。

在第一方面中，所述光纤组件包括：第二光纤，一端与所述第一光纤光栅连接，另一端穿过所述固定面连接波长解调器；第三光纤，一端与所述第二光纤光栅连接，另一端穿过所述固定面连接波长解调器。

在第一方面中，所述外壳包括：基座，具有所述固定面；壳体，一端固定在所述固定面上，所述壳体的另一端设置有所述测量面，所述壳体与所述基座围合形成所述位移通道，所述滑道固定在所述壳体的内侧壁。

在第一方面中，还包括：测杆保护管，套设在所述测杆的外部。

本发明的第二方面提供了一种监测用光纤光栅多点位移应变计，包括：圆盘底座；圆柱壳，一端与所述圆盘底座可拆卸式连接；若干个所述的光纤光栅单点位移应变计，若干个所述光纤光栅单点位移应变计的所述外壳相邻设置在所述圆柱壳的内部，每一个所述光纤光栅单点位移应变计的所述基座固定在所述圆盘底座上，每一个所述光纤光栅单点位移应变计的所述测杆的一端穿过所述圆柱壳的另一端对应与一个所述光纤光栅应变传感器固定连接。

本发明的第三方面提供了一种所述的光纤光栅单点位移应变计的使用方法，所述使用方法包括：将光纤光栅应变传感器埋设在待测物体的内部，通过与所述光纤光栅应变传感器连接的外部设备获取所述光纤光栅应变传感器检测的应变信息；通过波长解调器分别获取第一光纤光栅的第一波长变化值Δλ

在第三方面中，所述位移值ΔL设置为：

其中，h为第一等强度梁的厚度；l

有益效果：本发明提出了一种光纤光栅单点位移应变计，包括光纤光栅应变传感器、外壳、测杆、光纤光栅位移测量组件、第一光纤和光纤组件，将光纤光栅应变传感器埋设在待测物体的内部，第一光纤的一端与光纤光栅应变传感器连接，另一端依次穿过光纤通道、光纤光栅位移测量组件和固定面连接外部设备，可通过光纤光栅应变传感器监测待测物体的应变信息；测杆的一端与光纤光栅应变传感器固定连接，另一端穿过测量面与光纤光栅位移测量组件固定连接，光纤组件的一端与光纤光栅位移测量组件连接，另一端穿过固定面连接波长解调器，可通过波长解调器检测光纤光栅位移测量组件的波长变化值得到测杆的位移，也即光纤光栅应变传感器的位移，进而对待测物体的位移信息进行监测；通过光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移测量组件利用光纤光栅具有的传输损耗小、抗电磁干扰能力强、多参数测量、频响上限高、精度高等优点对待测物体的位移和应变进行监测，使得光纤光栅单点位移应变计的抗电磁干扰能力强，可对位移和应变进行动态检测，测试精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一中光纤光栅单点位移应变计的结构示意图；

图2为本发明实施例一中光纤光栅位移测量组件的部分结构示意图；

图3为本发明实施例一中光纤光栅应变传感器的剖视图；

图4为本发明实施例二中光纤光栅多点位移应变计的结构示意图一；

图5为本发明实施例二中光纤光栅多点位移应变计的结构示意图二；

图6为本发明实施例三中光纤光栅单点位移应变计的内部结构参数图一；

图7为本发明实施例三中光纤光栅单点位移应变计的内部结构参数图二；

图8为本发明实施例三中光纤光栅单点位移应变计的内部结构参数图三；

图9为本发明实施例三中第一等强度梁和第一等截面梁的形变图。

附图标记：

1、光纤光栅应变传感器；

2、外壳；21、测量面；22、固定面；23、基座；24、壳体；

3、测杆；

4、光纤光栅位移测量组件；41、滑道；42、第一斜楔；43、第二斜楔；431、第二滑动面；432、第二传动面；433、第二斜面；44、第一等强度梁组件；441、第一等强度梁；442、第一等截面梁；443、第一牛眼螺钉；45、第二等强度梁组件；451、第二等强度梁；452、第二等截面梁；453、第二牛眼螺钉；46、第一光纤光栅；47、第二光纤光栅；

5、测杆保护管；

6、圆盘底座；

7、圆柱壳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例一提供了一种光纤光栅单点位移应变计，用于对待测物体的位移和应变进行监测，所述单点位移应变计包括光纤光栅应变传感器1、外壳2、测杆3、光纤光栅位移测量组件4、第一光纤和光纤组件，其中，所述光纤光栅应变传感器1埋设在所述待测物体的内部；所述外壳2具有测量面21、固定面22和位移通道，所述测量面21与所述固定面22相对立，所述位移通道位于所述测量面21和所述固定面22之间；所述测杆3的一端与所述光纤光栅应变传感器1通过螺纹固定连接，所述测杆3内设置有光纤通道；所述光纤光栅位移测量组件4设置在所述位移通道内，所述测杆3的另一端穿过所述测量面21与所述光纤光栅位移测量组件4固定连接，所述光纤光栅位移测量组件4用于测量所述光纤光栅应变传感器1的位移值；所述第一光纤的一端与所述光纤光栅应变传感器1连接，另一端依次穿过所述光纤通道、所述光纤光栅位移测量组件4和所述固定面23连接外部设备；所述光纤组件的一端与所述光纤光栅位移测量组件4连接，另一端穿过所述固定面22连接波长解调器。其中，所述光纤光栅应变传感器为埋入式光纤光栅应变传感器，所述光纤光栅应变传感器与所述待测物体一同成型。

具体而言，本发明提出了一种光纤光栅单点位移应变计，包括光纤光栅应变传感器1、外壳2、测杆3、光纤光栅位移测量组件4、第一光纤和光纤组件，将光纤光栅应变传感器1埋设在待测物体的内部，第一光纤的一端与光纤光栅应变传感器1连接，另一端依次穿过光纤通道、光纤光栅位移测量组件4和固定面22连接外部设备，可通过光纤光栅应变传感器1监测待测物体的应变信息；测杆3的一端与光纤光栅应变传感器1固定连接，另一端穿过测量面21与光纤光栅位移测量组件4固定连接，光纤组件的一端与光纤光栅位移测量组件4连接，另一端穿过固定面22连接波长解调器，可通过波长解调器检测光纤光栅位移测量组件4的波长变化值得到测杆3的位移，也即光纤光栅应变传感器1的位移，进而对待测物体的位移信息进行监测；通过光纤光栅应变传感器1和光纤光栅位移测量组件4利用光纤光栅具有的传输损耗小、抗电磁干扰能力强、多参数测量、频响上限高、精度高等优点对待测物体的位移和应变进行监测，使得光纤光栅单点位移应变计的抗电磁干扰能力强，可对位移和应变进行动态检测，测试精度高。

在一些可能的实施方式中，所述光纤光栅位移测量组件4包括滑道41、第一斜楔42、第二斜楔43、第一等强度梁组件44、第二等强度梁组件45、第一光纤光栅46、第二光纤光栅47，其中，滑道41固定在所述外壳2的内侧壁，所述滑道41的两侧分别开设有第一导向槽和第二导向槽；第一斜楔42具有第一滑动面、第一传动面和第一斜面，所述第一滑动面与所述第一斜面相对立并与所述第一传动面相垂直，所述第一滑动面与所述第一导向槽滑动连接，所述第一斜面具有第一倾角，所述第一斜面的倾斜方向为由所述固定面23向所述测量面21向下倾斜，所述第一传动面与所述测杆3的另一端固定连接；第二斜楔43与所述第一斜楔42相邻设置并与所述第一斜楔42呈一体结构，所述第二斜楔43的形状与所述第一斜楔42的形状相同，所述第二斜楔43具有第二滑动面431、第二传动面432和第二斜面433，所述第二滑动面431与所述第二斜面433相对立并与所述第二传动面432相垂直，所述第二滑动面431与所述第一滑动面位于同一平面上，所述第二滑动面431与所述第二导向槽滑动连接，所述第二斜面433具有第二倾角，所述第二倾角等于所述第一倾角，所述第二斜面433的倾斜方向与所述第一斜面的倾斜方向相反，所述第二传动面432与所述测杆3的另一端固定连接，所述第二传动面432与所述第一传动面位于同一平面上；第一等强度梁组件44的一端固定在所述固定面23上，所述第一等强度梁组件44的另一端与所述第一斜面的中部相接触；第二等强度梁组件45的一端固定在所述测量面21上，所述第二等强度梁组件45的另一端与所述第二斜面433的中部相接触，所述第二等强度梁组件45的形状和材质分别与所述第一等强度梁组件44的形状和材质相同；第一光纤光栅46固定在所述第一等强度梁组件44上，所述第一光纤光栅46与所述光纤组件的一端连接；第二光纤光栅47固定在所述第二等强度梁组件45上，所述第二光纤光栅47与所述光纤组件的一端连接，所述第二光纤光栅47的型号与所述第一光纤光栅46的型号相同；其中，所述第一光纤的另一端穿过所述第一斜楔42或所述第二斜楔43连接外部设备。

这是由于，滑道41固定在外壳2的内侧壁，滑道41的两侧分别开设有第一导向槽和第二导向槽，第一斜楔42的第一滑动面与第一导向槽滑动连接，第二斜楔43的第二滑动面431与第二导向槽滑动连接，通过采用导向槽对第一斜楔42和第二斜楔43进行导向，使得机械结构简单可靠；第一传动面与所述测杆3的另一端固定连接，第二传动面432与测杆3的另一端固定连接，第二斜楔43与第一斜楔42相邻设置并与第一斜楔42呈一体结构，当测杆3发生位移时，可使得第二斜楔43与第一斜楔42同时沿着滑槽41同步移动；第二斜楔43的形状与第一斜楔42的形状相同，第一斜面具有第一倾角，第一斜面的倾斜方向为由固定面23向测量面21向下倾斜，第二斜面433具有第二倾角，第二倾角等于第一倾角，第二斜面433的倾斜方向与第一斜面的倾斜方向相反，第一等强度梁组件44的一端固定在固定面23上，第一等强度梁组件44的另一端与第一斜面的中部相接触，第二等强度梁组件45的一端固定在测量面21上，第二等强度梁组件45的另一端与第二斜面433的中部相接触，第二等强度梁组件45的形状和材质分别与第一等强度梁组件44的形状和材质相同，当光纤光栅应变传感器1的锚头所处的待测物体的深层部位出现位移、沉降、滑移等情况，光纤光栅应变传感器1的锚头会做相对移动，带动测杆3产生移动，进而使得第一斜楔42和第二斜楔43移动，当待测物体的深层部位向远离测量面21的方向发生位移时，第一斜楔42和第二斜楔43同步向测量面21移动，第一等强度梁组件44的另一端沿着第一斜面向下移动，第二等强度梁组件45的另一端沿着第二斜面433向上移动，而当待测物体的深层部位向靠近测量面21的方向发生位移时，第一斜楔42和第二斜楔43同步向固定面23移动，第一等强度梁组件44的另一端沿着第一斜面向上移动，第二等强度梁组件45的另一端沿着第二斜面433向下移动，进而带动固定在第一等强度梁组件44上的第一光纤光栅46和固定在第二等强度梁组件45上的第二光纤光栅47产生轴向应变，导致第一光纤光栅46和第二光纤光栅47的中心波长发生变化,通过第一光纤光栅46和第二光纤光栅47中心波长的变化，可得到待测物体的深层部位向远离测量面21的方向发生位移时的位移量与待测物体的深层部位向靠近测量面21的方向发生位移时的位移量，实现双向位移的监测，且第二光纤光栅47的型号与第一光纤光栅46的型号相同，使得温度变化对两支光栅波长的影响情况相同，可实现测量物理的温度补偿，减少测试结果受温度的影响。

在一些可能的实施方式中，所述第一等强度梁组件44包括第一等强度梁441、第一等截面梁442和第一牛眼螺钉443，其中，第一等强度梁441的一端固定在所述固定面23上，所述第一等强度梁441与所述第一滑动面相平行，所述第一光纤光栅46粘贴固定在所述第一等强度梁441的另一端；第一等截面梁442的一端与所述第一等强度梁441的另一端连接，所述第一等截面梁442与所述第一滑动面相平行，所述第一等截面梁442的厚度和所述第一等强度梁441的厚度相同，所述第一等截面梁442和所述第一等强度梁441呈一体结构；第一牛眼螺钉443具有第一固定端和第一滚动端，所述第一固定端与所述第一等截面梁442的另一端通过螺栓固定连接，所述第一滚动端与所述第一斜面的中部相接触。

这是由于，第一牛眼螺钉443的第一固定端与第一等截面梁442的另一端固定连接，第一滚动端与第一斜面的中部相接触，采用牛眼螺钉的第一滚动端的球面接触形式，灵活可动，滚动摩擦，使用寿命长，同时方便更换；第一等强度梁441的一端固定在固定面23上，第一等强度梁441与第一滑动面相平行，第一光纤光栅46固定在第一等强度梁441的另一端，第一等截面梁442的一端与第一等强度梁441的另一端连接，第一等截面梁442与第一滑动面相平行，第一等截面梁442的厚度和第一等强度梁441的厚度相同，第一等截面梁442和第一等强度梁441呈一体结构，可通过第一等强度梁441与第一等截面梁442之间的形变受力不同，以便于对待测物体的深层部位的位移进行测量。

在一些可能的实施方式中，所述第二等强度梁组件45包括第二等强度梁451、第二等截面梁452和第二牛眼螺钉453，其中，第二等强度梁451的一端固定在所述测量面21上，所述第二等强度梁451与所述第二滑动面431相平行，所述第二光纤光栅47粘贴固定在所述第二等强度梁451的另一端；第二等截面梁452的一端与所述第二等强度梁451的另一端连接，所述第二等截面梁452与所述第二滑动面431相平行，所述第二等截面梁452的厚度和所述第二等强度梁451的厚度相同，所述第二等截面梁452和所述第二等强度梁451呈一体结构；第二牛眼螺钉453具有第二固定端和第二滚动端，所述第二固定端与所述第二等截面梁452的另一端通过螺栓固定连接，所述第二滚动端与所述第二斜面433的中部相接触。

这是由于，第二牛眼螺钉453的第二固定端与第二等截面梁452的另一端固定连接，第二滚动端与第二斜面433的中部相接触，采用牛眼螺钉的第二滚动端的球面接触形式，灵活可动，滚动摩擦，使用寿命长，同时方便更换；第二等强度梁451的一端固定在测量面21上，第二等强度梁451与第二滑动面431相平行，第二光纤光栅47固定在第二等强度梁451的另一端；第二等截面梁452的一端与第二等强度梁451的另一端连接，第二等截面梁452与第二滑动面431相平行，第二等截面梁452的厚度和第二等强度梁451的厚度相同，第二等截面梁452和第二等强度梁451呈一体结构，可通过第二等强度梁451与第二等截面梁452之间的形变受力不同，以便于对待测物体的深层部位的位移进行测量。

在一些可能的实施方式中，所述光纤组件包括：第二光纤，一端与所述第一光纤光栅46连接，另一端穿过所述固定面23连接波长解调器；第三光纤，一端与所述第二光纤光栅47连接，另一端穿过所述固定面23连接波长解调器。

本领域技术人员可以理解，通过第二光纤连接第一光纤光栅46和波长解调器，第三光纤连接第二光纤光栅47和波长解调器，可使得波长解调器分别获取第一光纤光栅46和第二光纤光栅47的波长变化值，再根据波长变化值得到待测物体的双向位移值。

在一些可能的实施方式中，所述外壳2包括：基座23，具有所述固定面23；壳体24，一端固定在所述固定面23上，所述壳体24的另一端设置有所述测量面21，所述壳体24与所述基座23围合形成所述位移通道，所述滑道41固定在所述壳体24的内侧壁。

本领域技术人员可以理解，通过基座23具有的固定面23，可用于固定壳体24和第一等强度梁组件44；壳体24与基座23围合形成位移通道，可通过壳体24与基座23对位移通道内的滑道41、第一等强度梁组件44和第二等强度梁组件45等起到保护作用。

在一些可能的实施方式中，还包括：测杆保护管5，套设在所述测杆3的外部。

本领域技术人员可以理解，测杆保护管5套设在测杆3的外部，以起到阻挡泥沙、保护测杆3的作用。

实施例二

本实施例二提供了一种光纤光栅多点位移应变计，包括：圆盘底座6；圆柱壳7，一端与所述圆盘底座6可拆卸式连接；若干个实施例一所述的光纤光栅单点位移应变计，若干个所述光纤光栅单点位移应变计的所述外壳24相邻设置在所述圆柱壳7的内部，每一个所述光纤光栅单点位移应变计的所述基座23通过螺栓固定在所述圆盘底座6上，每一个所述光纤光栅单点位移应变计的所述测杆3的一端穿过所述圆柱壳7的另一端对应与一个所述光纤光栅应变传感器1固定连接。

具体而言，每一个光纤光栅单点位移应变计的基座23固定在圆盘底座6上，每一个光纤光栅单点位移应变计的测杆3的一端穿过圆柱壳7的另一端对应与一个光纤光栅应变传感器1固定连接，通过基座23将光纤光栅单点位移应变计固定在圆盘底座6上，以形成具有若干个光纤光栅单点位移应变计的监测用光纤光栅多点位移应变计，可以在待测物体的多个位置同时进行双向位移和应变的测量，能够更准确地记录和分析待测物体的变形情况，且在外壳7的外围加设圆柱壳7可对圆柱壳7内部的结构进行保护。

需要补充说明的是，本实施例二中的光纤光栅单点位移应变计，即为本实施例一中的光纤光栅单点位移应变计，其实现原理及技术构思与实施例一完全相同，因此本实施例二中未详述部分参阅实施例一即可，此处不在赘述。

实施例三

本实施例三提供了一种如实施例一所述的光纤光栅单点位移应变计的使用方法，所述使用方法包括：将光纤光栅应变传感器1埋设在待测物体的内部，通过与所述光纤光栅应变传感器1连接的外部设备获取所述光纤光栅应变传感器1检测的应变信息；通过波长解调器分别获取第一光纤光栅46的第一波长变化值Δλ

具体而言，通过与光纤光栅应变传感器1连接的外部设备获取光纤光栅应变传感器1检测的应变信息，并通过波长解调器分别获取第一光纤光栅46的第一波长变化值Δλ

需要补充说明的是，本实施例三中的光纤光栅单点位移应变计，即为本实施例一中的光纤光栅单点位移应变计，其实现原理及技术构思与实施例一完全相同，因此本实施例三中未详述部分参阅实施例一即可，此处不在赘述。

在一些可能的实施方式中，所述位移值ΔL设置为：

其中，h为第一等强度梁441的厚度；l

其中，位移值ΔL的计算公式的推导过程如下：

当待测物体向远离测量面21的方向发生位移时，第一斜楔42迫使第一等强度梁441和第一等截面梁442向上偏转，总偏转量为Δy，第一斜楔42沿着滑道41运动的位移量为ΔL，则存在以下关系：

根据等强度梁的理论，第一等强度梁441的另一端的挠度Δy

其中，E为第一等强度梁441的弹性模量，F为向第一等强度梁441的另一端施加的外力。根据力学理论，第一等强度梁441在任意位置的旋转角θ

其中，x为第一光纤光栅46(FBG1)的固定端点到第一等强度梁441的另一端的截面之间的水平距离；w为第一等截面梁442的另一端的横截面质心的竖直位移；I

可以得到：

当x＝0时，即旋转角为0，因此，C＝0，当x＝l

Δy为Δy

Δy

由于设计的θ1非常小，因此，Δy

根据材料力学理论，Δy

因此：

第一等强度梁441的另一端截面的表面应变ε

通过结合上式，第一斜楔42沿着滑道41向靠近测量面21的方向移动的位移量ΔL

同理，第一斜楔42沿着滑道41向远离测量面21的方向移动的位移量ΔL

假定第一光纤光栅46和第二光纤光栅47(FBG2)受到相同的温度环境的影响。通过测温实验，消除了由温度变化引起的光纤光栅的波长偏移，可以得到由外部应变引起的光纤光栅的变化。

当一束宽带光入射到FBG1时，由于折射率的周期性结构，一束特定波长的窄带光被反射，并且剩余的大部分光被透射。根据耦合模理论，反射光的中心波长满足以下关系：

λ

其中，λ

其反射光在初始状态下的FBG1中心波长为λ

其中，α

由于等强度上下两个表面的两支光纤光栅FBG1和FBG2处在同一环境温度中,因此温度变化对第一光纤光栅46和第二光纤光栅47的波长的影响情况相同，ΔT

同时光纤光栅FBG1和FBG2所对应的表面应变，当一侧光纤光栅所受表面应变最大时，另一侧光纤光栅所受表面应变最小，故存在一个最大应变值ε，满足ε＝ε

合并两个公式，可得到位移值ΔL的计算公式，也即：

因此，利用波长解调器仅测量第一光纤光栅46和第二光纤光栅47的波长变化Δλ

其中l

最后应说明的是：以上上述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。