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。

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；

薄壁金属圆环已作为力传感器广泛应用于传统土工试验仪器中，如无侧限抗压强度试验仪、三轴仪、直剪仪等。这些仪器是通过百分表、千分表读取圆环在荷载下的变形来实现力的测量。但多数情况下，这种方法测量精度较低，量程范围较小，并且需要定期的标定。还有一种方法是用黏结剂将应变片贴在金属圆环上构成惠斯顿电桥，继而将应变引起的电阻变化转换成电压信号。该方法的缺陷是测试读数易受电磁干扰，读数不准。由于力和位移的测量可靠性较差，严重阻碍了土工试验仪器的发展。

近年来，分布式光纤传感技术得到了突飞猛进的发展。该技术可以快速采集到光纤任意位置的光信号，并结合相关传感原理即可得到光纤沿全长所有位置的应变、温度等物理参数，实现了常规监测技术难以实现的分布式监测。另外该技术具有数据量大、无电磁干扰、全自动、可远程监控等特点。正是由于这些优点，分布式光纤监测技术被越来越多地应用于各类工程结构监测和室内试验中。

布里渊光时域分析（BOTDA）、布里渊光时域反射（BOTDR）等分布式光纤传感技术的原理是利用光纤中的布里渊散射光频率变化量（频移量）和光纤轴向应变或环境温度之间的线性关系来实现传感，该关系可以表示为：

式中： 、分别为测量前、后光纤中布里渊散射光的频移量；、分别为测试前后的轴向应变; 、分别为测试前后的温度值。比例系数和的值分别为0.05MHz/με和1.2 MHz/^oC。

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

（1）根据力学分析，薄壁圆环顶点处作用力和位移与最大环向应变之间存在理想的线性关系，由此获得标定系数和；

 （2）提出一种基于分布式光纤感测的力和位移测量方法，实现对薄壁圆环变形的高精度、全自动、分布式测试，克服了传统方法效率低、误差大、监测数据量小等问题；

（3）采用本发明安装简单、测量精确、自动化程度高、性价比好。

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