專利名稱：基于布里淵分布式光纖傳感的結(jié)構(gòu)縫監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工程檢測技術(shù)，尤其是一種利用光纖傳感器進行結(jié)構(gòu)縫伸縮量檢測裝置，具體地說是一種基于布里淵分布式光纖傳感的結(jié)構(gòu)縫監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)縫是工程結(jié)構(gòu)設(shè)施在構(gòu)件連接處設(shè)置的一些人工縫，如橋梁的伸縮縫、隧道管片的拼縫等。在這些結(jié)構(gòu)縫處，由于溫度、構(gòu)件偏移等因素，縫寬會發(fā)生變化，達到極限值時能夠?qū)е逻B接件失效，甚至?xí)斐深愃茦蛄旱穆淞旱葹?zāi)難性事故。因此，對這些結(jié)構(gòu)實施長期在線監(jiān)測具有重要意義。然而，由于結(jié)構(gòu)縫的數(shù)量驚人，一般很難做到每條縫布設(shè)監(jiān)測傳感器，也就是說無法準(zhǔn)確了解所有縫的信息。
1989年Horiguchi等人提出首次分別提出了利用布里淵光的頻移特性作為分布式應(yīng)變和溫度傳感以來，該技術(shù)受到工程研究人員的廣泛關(guān)注，其重要具有以下幾個有點I、分布式測量，理論上光纖每點的應(yīng)變和溫度都可以測量，實際可每5cm采樣；2、長距離傳感，可測量的光纖長度達到50km以上；3、測試精度高，目前最高應(yīng)變測試精度為2 μ ε，溫度測試精度為O. 1° C ;4、測試長期穩(wěn)定，不受電磁場等環(huán)境干擾。利用布里淵分布式光纖傳感可以對大量的結(jié)構(gòu)縫實施監(jiān)測，但是在實際中遇到問題。光纖在自由時不能夠受壓，必須對其施加預(yù)張拉。但是過大的預(yù)張拉應(yīng)變會導(dǎo)致光纖本身的蠕變等問題，過小的話，結(jié)構(gòu)縫的閉合量較大時將無法監(jiān)測。由于預(yù)張拉應(yīng)力的作用導(dǎo)致此類裝置只能進行單向檢測，不能滿足實際工程檢測需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的布里淵頒布式光纖傳感裝置存在的只能進行單向檢測的問題，設(shè)計一種可以同時監(jiān)測結(jié)構(gòu)縫的張開和閉合同時可進行溫度自動補償?shù)幕诓祭餃Y分布式光纖傳感的結(jié)構(gòu)縫監(jiān)測裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種基于布里淵分布式光纖傳感的結(jié)構(gòu)縫監(jiān)測裝置，其特征是它包括分別安裝在結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)基礎(chǔ)上的鋼板底座9，每側(cè)鋼板底座9上安裝有一字形鋼片5和L形鋼片8，一字形鋼片5的懸壁端和L形鋼片8的拐角端上均安裝有滑輪6，拉伸檢測用光纖I纏繞在結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)的一字形鋼片5懸臂端上對應(yīng)的兩個滑輪6上，收縮檢測用光纖2纏繞在結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)的L形鋼片8的拐角端上對應(yīng)的兩個滑輪6上，拉伸檢測用光纖I和收縮檢測用光纖2之間連接有溫度補償檢測用光纖3 ;所述的拉伸檢測用光纖I和收縮檢測用光纖2均通過各自的連接光纖4與布里淵分布式光纖解調(diào)系統(tǒng)相連。所述的拉伸檢測用光纖I、收縮檢測用光纖2和溫度補償檢測用光纖3為單模裸光纖。所述的拉伸檢測用光纖I、收縮檢測用光纖2在滑輪6上的纏繞長度至少為2倍的布里淵解調(diào)系統(tǒng)的空間分解能。
所述的滑輪6的表面需光滑，可以在表面涂機油，直徑不小于2cm，以減小彎折對光纖的光損；兩個滑輪的軸距應(yīng)根據(jù)預(yù)估的縫寬變化大小來決定，保證光纖最大受拉應(yīng)變不超過光纖斷裂應(yīng)變。一字形鋼片5和L形鋼片8的厚度至少取1cm，保證足夠的剛度。所述的結(jié)構(gòu)縫監(jiān)測裝置可以精確監(jiān)測縫的張開、閉合，并且溫度自補償。兩塊一字形鋼片5分別固定被測縫兩側(cè)，通過鋼片上的兩個滑輪纏繞、固定光纖，當(dāng)縫張開時，光纖受拉。兩塊L形鋼片8分別固定被測縫兩側(cè)，鋼片的端部跨過被測縫，通過鋼片上的兩個滑輪纏繞、固定光纖，實現(xiàn)縫閉合時光纖受拉。本發(fā)明的有益效果 I、本發(fā)明既可以監(jiān)測結(jié)構(gòu)縫的張開量，還可以監(jiān)測結(jié)構(gòu)縫的閉合量，同時溫度自補償，有效克服光纖簡單布設(shè)時的不足。2、本發(fā)明的縫寬測量高精度，完全能適應(yīng)各類結(jié)構(gòu)縫的測試要求。3、本發(fā)明可實現(xiàn)可分布式測量及超長距測量，可將本發(fā)明的裝置大量串聯(lián)使用，實現(xiàn)對大型基礎(chǔ)設(shè)施全部結(jié)構(gòu)縫的在線長期監(jiān)測，大大降低檢測維護成本。4、本發(fā)明能滿足國家大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運營的需求，尤其能夠解決地鐵盾構(gòu)隧道、高鐵橋梁的長期監(jiān)測的一些難題，具有很高的社會效益。5、本發(fā)明可通過串接組成監(jiān)測系統(tǒng)(見圖7)，用于大型環(huán)境和場合的監(jiān)測。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的單模裸光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的覆鎧甲的單模裸光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的的一字形鋼片及滑輪的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明的L形鋼片及滑輪的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明的鋼板底座的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明組成的監(jiān)測系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1-6所示。一種基于布里淵分布式光纖傳感的結(jié)構(gòu)縫監(jiān)測裝置，它包括分別安裝在結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)基礎(chǔ)上的鋼板底座9(應(yīng)采用防腐性能好的不銹鋼材料制造，如圖6所示)，每側(cè)鋼板底座9上安裝有一字形鋼片5和L形鋼片8，如圖1，兩塊一字形鋼片5 (可采用厚度在I厘米以上的不銹鋼鋼片，如圖4)分別固定被測縫兩側(cè)，通過鋼片上的兩個滑輪纏繞、固定光纖，當(dāng)縫張開時，光纖受拉。兩塊L形鋼片8 (可采用厚度在I厘米以上的不銹鋼鋼片，如圖5所示)分別固定被測縫兩側(cè)，鋼片的端部跨過被測縫，通過鋼片上的兩個滑輪纏繞、固定光纖，實現(xiàn)縫閉合時光纖受拉。一字形鋼片5的懸壁端和L形鋼片8的拐角端上均安裝有滑輪6，拉伸檢測用光纖I纏繞在結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)的一字形鋼片5懸臂端上對應(yīng)的兩個滑輪6上，收縮檢測用光纖2纏繞在結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)的L形鋼片8的拐角端上對應(yīng)的兩個滑輪6上，拉伸檢測用光纖I和收縮檢測用光纖2之間連接有溫度補償檢測用光纖3 ;所述的拉伸檢測用光纖I和收縮檢測用光纖2均通過各自的連接光纖4與布里淵分布式光纖解調(diào)系統(tǒng)相連。所述的拉伸檢測用光纖I、收縮檢測用光纖2和溫度補償檢測用光纖3可采用圖2所示的單模裸光纖，連接光纖4可采用圖3所示的覆鎧甲的單模裸光纖。拉伸檢測用光纖I、收縮檢測用光纖2在滑輪6上的纏繞長度至少為2倍的布里淵解調(diào)系統(tǒng)的空間分解能。所述的滑輪6的表面需光滑，可以在表面涂機油，直徑不小于2cm，以減小彎折對光纖的光損；兩個滑輪的軸距應(yīng)根據(jù)預(yù)估的縫寬變化大小來決定，保證光纖最大受拉應(yīng)變不超過光纖斷裂應(yīng)變。圖7中，監(jiān)測時，引線光纖4直接與布里淵分布式光纖解調(diào)系統(tǒng)17相連，或者系列本發(fā)明的裝置通過弓I線光纖4串聯(lián)一起再連接解調(diào)系統(tǒng)17，一般情況下，至少可串聯(lián)500個以上。
本發(fā)明的使用方法如下
(I)將滑輪6通過輪軸13錨固一字形不銹鋼鋼片5上(圖4)，將滑輪6通過輪軸13錨固L形不銹鋼鋼片8上(圖5)，將安裝了滑輪6的不銹鋼鋼片5和不銹鋼鋼片8通過錨孔7固定在不銹鋼鋼板底座9上(圖I),其中鋼板底座9如圖6,而兩塊鋼板底座9再通過錨孔7分別固定在被測縫兩邊的構(gòu)造物上(圖1)，要求鋼片、鋼板的厚度為Icm左右以保證一定的剛度，同時要求兩個鋼片5上的滑輪中心連線與被測縫張開/閉合方向一致，兩個鋼片8上的滑輪中心連線也是同樣要求。(2)圖I中，引線光纖4 (圖3)連接光纖1，并將光纖I粘貼在鋼片5上，圍著兩個滑輪6纏繞光纖1，達到設(shè)計要求長度(一般為布里淵分布式光纖解調(diào)系統(tǒng)的空間分解能的2^10倍)時再將光纖I粘貼在鋼片5上，然后連接自由光纖3，自由光纖3再連接光纖2，將光纖2粘貼在鋼片8上，圍著兩個滑輪6纏繞光纖2至一定長度(一般為布里淵分布式光纖解調(diào)系統(tǒng)的空間分解能的2 10倍)時再將光纖2粘貼在鋼片8上，最后光纖2連接引線光纖4。光纖I和光纖2需要適當(dāng)施加預(yù)張應(yīng)變，一般控制在200με飛ΟΟμε，太大容易引起光纖的蠕變、疲勞等問題造成測試精度降低。本發(fā)明中的光纖I、光纖2和光纖3采用了傳感更靈敏的裸光纖，如圖2所示，因用途不同而分類，其中10為樹脂包層，11是玻璃傳感芯線；而光纖4是在裸光纖外加了一層鎧甲保護層12。(3)監(jiān)測時，引線光纖4直接與布里淵分布式光纖解調(diào)系統(tǒng)相連，或者通過引線光纖4將圖I所示的各檢測終端串聯(lián)一起再連接解調(diào)儀，一般情況下，至少可串聯(lián)500個以上。(4)當(dāng)結(jié)構(gòu)縫張開時，光纖I受拉應(yīng)變變大，變化值用來計算縫寬變化，而此時光纖2應(yīng)變會減小，縫寬增大到足以抵消光纖2的預(yù)張應(yīng)變時，其應(yīng)變不再變化。當(dāng)結(jié)構(gòu)縫閉合時，光纖2受拉應(yīng)變變大，變化值用來計算縫寬變化，此時光纖I應(yīng)變會減小，直到抵消預(yù)張應(yīng)變。兩種情況下，光纖3的應(yīng)變均不變化，其只感受溫度變化，并對光纖I和光纖2進行溫度補償。實際監(jiān)測時，首先將光纖I和光纖2的應(yīng)變變化值扣除光纖3的應(yīng)變(溫度引起)，再判斷哪一個的應(yīng)變增加了，如光纖I增加，則表示縫張開，計算張開量；如光纖2增力口，則表示縫閉合，計算閉合量。公式如下
結(jié)構(gòu)縫張開量
權(quán)利要求
1.一種基于布里淵分布式光纖傳感的結(jié)構(gòu)縫監(jiān)測裝置，其特征是它包括分別安裝在結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)基礎(chǔ)上的鋼板底座(9)，每側(cè)鋼板底座(9)上安裝有一字形鋼片(5)和L形鋼片(8)，一字形鋼片(5)的懸壁端和L形鋼片(8)的拐角端上均安裝有滑輪(6)，拉伸檢測用光纖(I)纏繞在結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)的一字形鋼片(5)懸臂端上對應(yīng)的兩個滑輪(6)上，收縮檢測用光纖(2)纏繞在結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)的L形鋼片(8)的拐角端上對應(yīng)的兩個滑輪(6)上，拉伸檢測用光纖(I)和收縮檢測用光纖(2)之間連接有溫度補償檢測用光纖(3);所述的拉伸檢測用光纖(I)和收縮檢測用光纖(2)均通過各自的連接光纖(4)與布里淵分布式光纖解調(diào)系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于布里淵分布式光纖傳感的結(jié)構(gòu)縫監(jiān)測裝置，其特征是所述的拉伸檢測用光纖(I)、收縮檢測用光纖(2)和溫度補償檢測用光纖(3)為單模裸光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于布里淵分布式光纖傳感的結(jié)構(gòu)縫監(jiān)測裝置，其特征是所述的拉伸檢測用光纖(I)、收縮檢測用光纖(2)在滑輪(6)上的纏繞長度至少為2倍的布里淵解調(diào)系統(tǒng)的空間分解能。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于布里淵分布式光纖傳感的結(jié)構(gòu)縫監(jiān)測裝置，其特征是所述滑輪6的直徑最小為2cm。
全文摘要
一種基于布里淵分布式光纖傳感的結(jié)構(gòu)縫監(jiān)測裝置，其特征是它包括鋼板底座(9),鋼板底座(9)上安裝有一字形鋼片(5)和L形鋼片(8)，一字形鋼片(5)的懸壁端和L形鋼片(8)的拐角端上均安裝有滑輪(6)，拉伸檢測用光纖(1)纏繞在結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)的一字形鋼片(5)懸臂端上對應(yīng)的兩個滑輪(6)上，收縮檢測用光纖(2)纏繞在結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)的L形鋼片(8)的拐角端上對應(yīng)的兩個滑輪(6)上，拉伸檢測用光纖(1)和收縮檢測用光纖(2)之間連接有溫度補償檢測用光纖(3)；所述的拉伸檢測用光纖(1)和收縮檢測用光纖(2)均通過各自的連接光纖(4)與布里淵分布式光纖解調(diào)系統(tǒng)相連。本發(fā)明既可以監(jiān)測結(jié)構(gòu)縫的張開量，還可以監(jiān)測結(jié)構(gòu)縫的閉合量，同時溫度自補償，有效克服光纖簡單布設(shè)時的不足。
文檔編號G01B11/14GK102914271SQ20121038240
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者王登位 申請人:江蘇中江物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司