本发明涉及结构试验测试领域，尤其涉及一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统。
背景技术：
在结构工程中，结构构件（如柱、剪力墙等）的轴压比是一项关键技术指标，对于结构设计具有重要意义，结构构件的轴压比对于结构的抗震能力具有重要影响，而影响结构构件轴压比的一个关键技术参数就是轴压力。现阶段在结构试验领域中，对于结构试件的轴压力的施加通常是通过反力刚架，利用液压千斤顶进行加载，而加载轴压力的监测通常是在结构试件与液压千斤顶，或者反力刚架与千斤顶之间安装压力传感器。但是由于实际中的压力传感器体积大，重量大，灵敏度低，造成在实际试验过程中安装困难，轴力测量不精确，并且轴压力控制不稳定，进而影响试验结果，甚至对结构设计产生影响。因此有必要研究一种高精度智能轴力加载装置。
光纤传感技术灵敏度高、线性度好、抗电磁干扰能力极强、耐腐蚀性好、传输距离远、良好的长期工作稳定性等优点，近年来已经在航空航天、医疗、建筑结构、桥梁监测等领域中取得成功应用。
为了实现结构试件轴压力的高精度智能加载，提出了一种基于分布式光纤应变传感测量分析技术和反馈控制原理的智能轴力加载装置，实现试件轴压力的智能加载。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述技术问题，本发明提供一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统，结构形式合理，受力路径明确，利用光纤的背向瑞利散射的光谱响应，即可获得光纤的应变，进而即可获得预应力高强螺纹钢棒的应变，然后通过材料力学原理即可获得预应力高强螺纹钢棒的轴向拉力；将实测的预应力高强螺纹钢棒的轴向拉力与目标轴力进行比较，然后通过反馈控制系统即可实现预应力高强螺纹钢棒的轴向拉力的自适应调节，进而实现试件轴压力的智能加载。
本发明的技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供的一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统，包括分布式光纤传感器，高强预应力螺纹钢棒，液压加载装置，加载横梁，反力地板及控制系统；所述分布式光纤贯穿在高强预应力螺纹钢棒的中心处，高强预应力螺纹钢棒由螺母锚固在加载横梁与反力地板之间；所述液压加载装置设置在高强垫片与加载横梁之间；所述分布式光纤传感器与光纤调制解调模块、数据分析模块、控制模块及液压加载装置连接，结构试件设置在加载横梁与反力地板之间；所述控制系统控制液压加载装置，通过分布式光纤测量高强预应力螺纹钢棒的轴向拉应变确定其轴向拉力，通过高强预应力螺纹钢棒的轴向拉力，对结构试件施加轴向压力。
本申请中，基于分布式光纤应变测量装置，可以测得高强预应力螺纹钢棒全长的轴向拉应变分布，通过高强预应力螺纹钢棒的轴向拉应变分布即可确定预应力高强螺纹钢棒所受的轴向拉力。通过光纤传感技术实时监测、反馈高强预应力螺纹钢棒的轴向拉力，并对目标轴力与实测轴力进行实时比较，通过控制模块，实现对液压加载装置的实时控制，进而实现试件轴力加载的自适应调节。
进一步地，所述高强预应力螺纹钢棒的杆轴横截面中心位置设置一贯通孔，分布式光纤粘贴在高强预应力螺纹钢棒的贯通孔内。本发明将分布式光纤布设于高强预应力螺纹钢棒的轴心，这样可以更好的保护传感器，免受外界的干扰，以提高监测的准确性。
进一步地，所述控制系统包括控制模块、光纤调制解调模块及分析模块，所述控制模块与液压加载装置连接，光纤调制解调模块与分布式光纤连接，分析模块设置在光纤调制解调模块与控制模块之间；控制模块接受人工指令及分析模块输出的计算机指令。
进一步地，所述智能轴力加载系统还包括高强垫片，其设置在液压加载装置与螺母之间。
进一步地，所述液压加载装置为穿心式液压加载千斤顶。
本发明有益效果：
本发明提供的一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统，结构形式，具有以下技术效果：
（1）本申请选用分布式光纤作为传感器，可以实现沿高强预应力螺纹钢棒全长的应变测量，测量更加精确；
（2）本申请结构简单，受力路径更加明确，预应力高强螺纹钢棒通过螺母与反力地板相连，可以实现加载装置的重复利用、降低试验成本；
（3）本申请通过反馈控制原理可以实现轴力的自适应加载，无需人为处理，自动高效。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：
图1是本发明所述的一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统的结构示意图；
图2是本发明之分布式光纤传感器与高强预应力螺纹钢棒的组装图；
图3是图2的截面图；
图4是本发明所述的利用一种分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统之控制系统示意图。
附图中，各标号所代表的部件如下：
1.分布式光纤传感器；2.螺母；3.高强垫片；4.液压加载装置；5.加载横梁；6.高强预应力螺纹钢棒；7.结构试件；8.反力地板。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，对本发明一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统进行详细说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，相同的参考标记用于表示相同的部分。
一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统的结构示意图，如图1所示，其具体包括分布式光纤传感器1，高强预应力螺纹钢棒6，液压加载装置4，加载横梁5，反力地板8及控制系统。
所述的分布式光纤传感器1贯穿在高强预应力螺纹钢棒6的中心处，高强预应力螺纹钢棒6由螺母2锚固在加载横梁5与反力地板8之间；所述液压加载装置4设置在高强垫片3与加载横梁5之间；所述液压加载装置4及分布式光纤传感器1与控制系统连接，结构试件7设置在加载横梁5与反力地板8之间；所述控制系统控制液压加载装置，通过分布式光纤传感器1测量高强预应力螺纹钢棒6的轴向拉应变确定其轴向拉力，通过高强预应力螺纹钢棒6的轴向拉力，对结构试件7施加轴向压力。
所述智能轴力加载系统还包括高强垫片3，其设置在液压加载装置4与螺母2之间，所述液压加载装置4为穿心式液压加载千斤顶，如图1所示。
本申请中，基于分布式光纤应变测量装置，可以测得高强预应力螺纹钢棒6全长的轴向拉应变分布，通过高强预应力螺纹钢棒6的轴向拉应变分布即可确定预应力高强螺纹钢棒6所受的轴向拉力。通过光纤传感技术实时监测、反馈高强预应力螺纹钢棒6的轴向拉力，并对目标轴力与实测轴力进行实时比较，通过控制系统，实现对液压加载装置的实时控制，进而实现试件轴力加载的自适应调节。
由于分布式光纤传感装置采用可调谐波长干涉技术，应变的分布式测量在几十米长的标准光纤上具有毫米级的空间分辨率，应变的测试精度可达到0.5个微应变，因此，能够实现轴力的高精度智能加载。
所述高强预应力螺纹钢棒6的杆轴横截面中心位置设置一贯通孔，分布式光纤传感器1粘贴在高强预应力螺纹钢棒6的贯通孔内，如图2所示，图3是分布式光纤与高强预应力螺纹钢棒组装后的截面图。
在高强预应力螺纹钢棒6上沿中轴线设置一贯通孔，加工时，应避免由于孔径过大削弱高强预应力螺纹钢棒6的轴向承载力，一般贯通孔孔径约为1.5mm。将分布式光纤传感器1穿入高强预应力螺纹钢棒6的贯通孔内时，应保证分布式光纤传感器1绷紧，之后将分布式光纤传感器1粘贴在高强预应力螺纹钢棒6贯通孔的中心位置，并确保分布式光纤传感器1沿高强预应力螺纹钢棒6贯通孔全长粘贴良好。本发明将分布式光纤布设于高强预应力螺纹钢棒的轴心，这样可以更好的保护传感器，免受外界的干扰，以提高监测的准确性。
本发明所述控制系统的示意图，如图4所示，其包括控制模块、光纤调制解调模块及分析模块，所述控制模块与液压加载装置4连接，光纤调制解调模块与分布式光纤传感器1连接，分析模块设置在光纤调制解调模块与控制模块之间；控制模块接受人工指令及分析模块输出的计算机指令。
将目标轴力值转化为人工指令输入到控制模块，控制模块控制液压加载装置进行加载，加载会引起高强预应力螺纹钢棒6的轴向拉力发生变化，进而影响高强预应力螺纹钢棒6的应变，分布式光纤传感器1与高强预应力螺纹钢棒6协调变形，导致分布式光纤传感器1产生应变，
由于分布式光纤传感器1的背向瑞利散射的光谱响应受到分布式光纤传感器1应变的影响，在分布式光纤传感器1中任意区域瑞利散射的变化会导致该区域对应的背向散射光谱发生变化，利用光纤调制解调模块即可获得分布式光纤传感器1的应变。
获得分布式光纤传感器1应变之后，利用分析模块根据材料力学原理即可获得高强预应力螺纹钢棒6轴向拉力的实测值，在分析模块中将高强预应力螺纹钢棒6轴向拉力的实测值与目标值进行比较，如果实测值与目标值相吻合，液压加载装置保压即可，如果实测值与目标值存在差异，即由计算机发出计算机指令，控制模块根据计算机指令，调整液压加载装置加载或者卸载，直至预应力高强螺纹钢棒6轴向拉力的实测值与目标值相吻合，实现轴力的闭环反馈自适应控制。
与现有技术相比，本发明提供的一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统，结构形式合理，受力路径明确，具有测量精度高、线性度好、抗电磁干扰能力极强、耐腐蚀性好等优点；一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统采用光纤作为传输介质，传输距离远，工作稳定性好，能够实现结构构件轴压力的自适应调节，实现轴压力的智能控制。
本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。