一种基于光纤光栅技术的模板沉降监测传感器及其工作方法与流程

本发明涉及一种基于光纤光栅技术的模板沉降监测传感器及其工作方法。

背景技术：

随着建筑技术的发展，在现浇混凝土结构的施工中广泛应用模板支撑架。在现浇混凝土结构的施工中，模板坍塌的工程事故常有发生。模板发生坍塌安全事故的主要原因是多方面的，如模板承载荷载过大、模板自身变形过大、模板支撑架立柱地基发生沉降等。由于以上原因诱发模板支撑架构件失效，发生局部坍塌或整体失稳，导致工程破坏和现场作业人员伤亡的恶性安全质量事故。随着社会经济的发展，科学技术的进步，建筑工程的规模、空间和体量呈现逐步增大的趋势，建筑物的平面、立面更加复杂多样，因此在需要对模板施工的安全管理提出更高的要求。

防治模板坍塌事故的主要手段是对模板在混凝土浇筑过程中的各种特征变形量进行监测。而模板的沉降是主要的监测参数之一，目前的主要方法是采用经纬仪或水准仪等光学仪器进行沉降观测，该类方法无法实现实时监测，内部模板立柱因易受到通视问题，沉降难于观测；市场上也有通过接触式位移计的方法进行监测，但是该法又易受到风荷载的影响。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光纤光栅技术的模板沉降监测传感器及其工作方法，针对目前模板在混凝土现场浇筑施工过程存在的安全隐患，提供了一种模板不均匀沉降的监控装置，该装置可对监测点位置的地基土沉降、支撑架体沉降的累计值进行监测，通过预警值的设定，实现自动预警，从而保障模板在这个混凝土浇筑过程中的安全性，不仅结构合理，而且使用精确高效。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于光纤光栅技术的模板沉降监测传感器，包括有一传感器，所述传感器内部由一竖直设置的可移动的活塞分割成左右腔体，所述左腔体装满液体，右腔体为空腔，所述左腔体内部水平设置有光纤光栅，左腔体与右腔体上表面均设置有阀门与腔体内部连通，所述左腔体上方的阀门上连接出一连通管与传感器上方的储水罐相连通。

进一步的，所述储水罐固连在模板支撑架上，所述传感器水平位置低于储水罐水平位置，所述活塞外周壁与传感器内部相贴合。

进一步的，所述储水罐下端面设置有阀门与连通管相接，且储水罐是竖直放置，其阀门开口竖直朝下。

进一步的，所述左腔体上的阀门可分为第一进水阀门、第一出水阀门、第二进水阀门，且两两相通，所述第一进水阀门与连通管相接，且是水平设置的，所述第一出水阀门与第二进水阀门均是竖直设置的，第二进水阀门与左腔体内部连通，所述第一出水阀门水平位置高于第一进水阀门与第二进水阀门的水平位置。

一种基于光纤光栅技术的模板沉降监测传感器的工作方法，按以下步骤进行：（1）将储水罐下端的阀门打开，关闭第二进水阀门，使液体顺着管道向下流，排除连通管内的空气，直至第一出水阀门有液体溢出，关闭第一出水阀门，打开第二进水阀门，使连通管内的液体与传感器内的液体连通，液体内的压强作用于传感器内的活塞，活塞在液体压强的作用下，产生向右的作用力，该作用力直接传递给光纤光栅，测量光纤光栅的光波波长作为初始值；（2）当模板支架发生沉降时，储水罐同时沉降，罐内液面高度降低，液面高度至传感器活塞中心的高差发生变化，作用于活塞上液体压强发生变化，由压强引起的向右作用力发生变化，光纤光栅的伸长率较初始值发生变化；（3）通过测量经过光纤光栅的光波波长，能够准确地计算得到压强引起的作用力的变化，然后得到罐体内液面的高度变化值，即模板监测点的沉降值；（4）对监测的沉降值设定预警值，当沉降值达到预警值时，发出警报。现场立即停止混凝土浇筑作业，组织作业人员撤离浇筑现场，对模板进行安全鉴定，排查安全隐患，制定整改措施。

进一步的，当储水罐与传感器均固定好位置后，储水罐内的液体将使得传感器内的活塞面存在压强作用，压力可按下式计算：

式中，ρ为液体的密度，g为常数取9.8n/kg或10n/kg，h为储水罐液面至传感器中心的高差；

且传感器内活塞在压强的作用下，将受到一个向右的压力，压力可按下式计算：

式中，p为压强，s为液体与活塞接触的面积；

当模板发生沉降时，带动监测点处的储水罐下沉，储水罐液面至传感器中心的高差发生变化，作用于活塞上的压强发生变化，作用于活塞上的压力发生变化；压力的变化值可按下式计算：

作用于活塞面上的压力变化值，将使得与其连续光纤光栅长度发生变化，该变化信息可通过采集通过光纤光栅的光波波长变化值得到，不仅灵敏，而且精确；通过信号处理，可计算得到作用于光纤光栅上的拉力变化值，从而推导出液面至传感器中心的高差变化值，即模板沉降值；当沉降值达到预警值时，立刻报警，对作业人员进行撤离。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该基于光纤光栅技术的模板沉降监测传感器，通过巧妙运用大气压强与高低位置的设计，加上传感器内光纤光栅的设计，实现了实时地检测模板的沉降，且光学光栅具有精度高、反应灵敏的优点，可根据模板监测的需要灵活布置监测点，具有全天候实时监测的特点，与接触式传感器的测量方法，也可避免受外界风荷载的影响，本发明能有效的防止模板坍塌的工程事故的发生，且其不仅结构合理，而且使用精确高效。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的构造示意图；

图2为图1中传感器的结构示意图；

图3为本发明实施例与模板支架连接示意图。

图中：1-传感器，2-活塞，3-左腔体，4-右腔体，5-光纤光栅，6-阀门，7-连通管，8-储水罐，9-模板支撑架，10-第一进水阀门，11-第一出水阀门，12-第二进水阀门。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~3所示，一种基于光纤光栅技术的模板沉降监测传感器，包括有一传感器1，所述传感器内部由一竖直设置的可移动的活塞2分割成左右腔体，所述左腔体3装满液体，右腔体4为空腔，所述左腔体内部水平设置有光纤光栅5，左腔体与右腔体上表面均设置有阀门6与腔体内部连通，所述左腔体上方的阀门上连接出一连通管7与传感器上方的储水罐8相连通。

在本发明实施例中，所述储水罐固连在模板支撑架9上，所述传感器水平位置低于储水罐水平位置。

在本发明实施例中，所述储水罐下端面设置有阀门与连通管相接，且储水罐是竖直放置，其阀门开口竖直朝下，所述活塞外周壁与传感器内部相贴合。

在本发明实施例中，所述左腔体上的阀门可分为第一进水阀门10、第一出水阀门11、第二进水阀门12，且两两相通，所述第一进水阀门与连通管相接，且是水平设置的，所述第一出水阀门与第二进水阀门均是竖直设置的，第二进水阀门与左腔体内部连通，所述第一出水阀门水平位置高于第一进水阀门与第二进水阀门的水平位置，所述右腔体上的阀门始终为打开状态。

一种基于光纤光栅技术的模板沉降监测传感器的工作方法，并按以下步骤进行：（1）将储水罐下端的阀门打开，关闭第二进水阀门，使液体顺着管道向下流，排除连通管内的空气，直至第一出水阀门有液体溢出，关闭第一出水阀门，打开第二进水阀门，使连通管内的液体与传感器内的液体连通，液体内的压强作用于传感器内的活塞，活塞在液体压强的作用下，产生向右的作用力，该作用力直接传递给光纤光栅，测量光纤光栅的光波波长作为初始值；（2）当模板支架发生沉降时，储水罐同时沉降，罐内液面高度降低，液面高度至传感器活塞中心的高差发生变化，作用于活塞上液体压强发生变化，由压强引起的向右作用力发生变化，光纤光栅的伸长率较初始值发生变化；（3）通过测量经过光纤光栅的光波波长，能够准确地计算得到压强引起的作用力的变化，然后得到罐体内液面的高度变化值，即模板监测点的沉降值；（4）对监测的沉降值设定预警值，当沉降值达到预警值时，发出警报。现场立即停止混凝土浇筑作业，组织作业人员撤离浇筑现场，对模板进行安全鉴定，排查安全隐患，制定整改措施，待安全隐患消除后，方可继续作业。从而保障工程质量和作业人员的人身安全。

在本发明实施例中，当储水罐与传感器均固定好位置后，储水罐内的液体将使得传感器内的活塞面存在压强作用，压力可按下式计算：

式中，ρ为液体的密度，g为常数取9.8n/kg或10n/kg，h为储水罐液面至传感器中心的高差；

且传感器内活塞在压强的作用下，将受到一个向右的压力，压力可按下式计算：

式中，p为压强，s为液体与活塞接触的面积；

当模板发生沉降时，带动监测点处的储水罐下沉，储水罐液面至传感器中心的高差发生变化，作用于活塞上的压强发生变化，作用于活塞上的压力发生变化；压力的变化值可按下式计算：

作用于活塞面上的压力变化值，将使得与其连续光纤光栅长度发生变化，该变化信息可通过采集通过光纤光栅的光波波长变化值得到，不仅灵敏，而且精确；通过信号处理，可计算得到作用于光纤光栅上的拉力变化值，从而推导出液面至传感器中心的高差变化值，即模板沉降值；当沉降值达到预警值时，立刻报警，对作业人员进行撤离。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的基于光纤光栅技术的模板沉降监测传感器及其工作方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。