水工结构物多向性微宏观裂缝内外分布式监测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种水工结构物裂缝光纤监测装置，特别涉及到一种可以内外部 分布式实时多向监测结构物微宏观裂缝的装置。
【背景技术】
[0002] 大坝、堤防、水闸等工程中的水工结构物，其开裂和发展将影响结构物的耐久性和 整体性，裂缝的有效辨识和实时测量一直是水利与水电工程施工和运行管理中关注的重要 内容。在正常加载条件下，水工结构物中裂缝的状态和成因非常复杂，可能产生张拉裂缝和 剪切裂缝，以及两种裂缝组合的混合式裂缝。对于传统的裂缝监测装置而言，会因受到外界 复杂因素（比如潮湿、降水、电磁等）干扰而失去监测功能或者出现测值漂移等严重影响其 正常功能发挥的问题。
[0003] 光学技术的发展将光纤传感监测技术推到了监测领域的前沿，因为其良好的监测 性能，应用潜力被大量挖掘，利用光纤监测裂缝的应用得到不断推广。但是，可同时监测张 拉裂缝和剪切裂缝的监测装置目前未见报道，特别是对于我国所建造的大量大体积水工结 构物，基于光纤传感监测技术，进行结构物微宏观、多向性裂缝的内外部分布式监测与检 测，尚未有公开的研宄成果。迫切需要研发一种可以同时监测张拉、剪切以及张拉、剪切组 合裂缝，且成本合理、应用普遍的光纤监测装置。 【实用新型内容】
[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种水工结构物多 向性微宏观裂缝内外分布式监测装置，基于当前传统监测仪器的不足及现有光纤监测裂缝 装置的缺陷，利用光纤传感的基本物理特性，可以实现水工结构物张拉、剪切以及张拉、剪 切组合裂缝的光纤监测，其实现了分布式、多向性、微宏观、内外监测，对复杂环境下大体积 水工结构物裂缝监测提供了一种有效的、多功能的监测装置。
[0005] 技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型的一种水工结构物多向性微宏观裂 缝内外分布式监测装置，包含转球竖梁、位于转球竖梁上端的上剪切装置、位于转球竖梁下 端的下剪切装置、位于上剪切装置与下剪切装置之间的拉伸装置，所述上剪切装置包含对 称设置的半圆形的上剪切台、连接两个上剪切台的上移动连杆和位于上剪切台上的上承 台，所述上承台下方延伸有上载道，上剪切台下方通过转向螺杆与上旋转梁连接，上旋转梁 内安装有上剪切光纤，上剪切光纤通过剪切锁紧装置固定在上旋转梁内，上旋转梁通过上 转球与转球竖梁连接，上剪切台沿上载道做直线运动，相对的两个上剪切台做切向运动，带 动上剪切光纤拉伸；所述下剪切装置包含对称设置的半圆形的下剪切台、连接两个下剪切 台的下移动连杆和位于下剪切台下的下承台，所述下承台下方延伸有下载道，下剪切台下 方通过转向螺杆安装有下旋转梁，下旋转梁内安装有下剪切光纤，下剪切光纤通过剪切锁 紧装置固定在下旋转梁内，下旋转梁通过下旋转球与转球竖梁连接，下剪切台沿下载道做 直线运动，相对的两个下剪切台做切向运动，带动下剪切光纤拉伸；所述拉伸装置包含张拉 光纤、上张拉台、下张拉台和位于上张拉台与下张拉台之间的伸缩竖梁，张拉光纤依次穿过 上张拉台、伸缩竖梁和下张拉台，张拉光纤通过拉伸锁紧装置固定在上张拉台和下张拉台 上，所述上剪切光纤、下剪切光纤和张拉光纤分别与集线载台连接。
[0006] 作为优选，所述剪切锁紧装置包含转阀、护圈、弧夹和旋杆，所述护圈套在上旋转 梁并与转向螺杆连接，护圈上安装有旋杆，旋杆的头部安装有转阀，旋转的尾部活动连接弧 夹，通过弧夹锁紧上剪切光纤或下剪切光纤。
[0007] 作为优选，所述拉伸锁紧装置包含螺纹型控制台、螺纹阀、螺纹拉压杆、微调横螺 柱和通道护环，所述上张拉台与下张拉台分别设有竖向通道，竖向通道内设有通道护环，张 拉光纤位于竖向通道内，上张拉台与下张拉台分别固定安装有一对螺纹型控制台，一对螺 纹型控制台分别位于竖向通道的两侧，每个螺纹型控制台上旋入了微调横螺柱，微调横螺 柱与螺纹拉压杆螺纹连接，螺纹拉压杆与通道护环连接，微调横螺柱穿过螺纹型控制台，微 调横螺柱的进出连带了螺纹拉压杆的进出，通道护环外壁与螺纹拉压杆外表面面面接触， 通过竖向通道的张拉光纤会因为外环荷载的施加而被以非刚性固定。
[0008] 作为优选，所述上剪切光纤、下剪切光纤和张拉光纤上设有刻度。
[0009] 作为优选，所述上剪切光纤、下剪切光纤和张拉光纤外套有光纤护套，光纤护套包 含高硬外环与位于高硬外环内壁的软绵内套，上剪切光纤、下剪切光纤和张拉光纤位于软 绵内套内。
[0010] 作为优选，所述上剪切台与下剪切台交叉分布。
[0011] 作为优选，所述集线载台包括四个光纤连接端口和一个备用端口，集线载台上安 装有通过支撑梁固定的旋转转台，四个光纤连接端口和一个备用端口位于旋转转台的四 周，旋转转台的中心安装有转环，转环与旋转外柄连接，集线载台上还设有外联槽，外联槽 边上安装有转动护盖，转动转动护盖可将外联槽覆盖。
[0012] 作为优选，所述相邻的两个水工结构物多向性微宏观裂缝内外分布式监测装置通 过串联梁连接。
[0013] 监测水工结构物裂缝的光纤传感技术原理：主要采用了光纤物理参量中的光损 耗值作为监测分析参数，当水工结构物试件出现裂缝时，对于预先埋在其中的光纤而言， 光在光纤弯曲段中传输时，产生较大的能量辐射，其辐射损耗系数为A=C l exp (-C2/?)，式 中：R为曲率半径；
【主权项】
1. 一种水工结构物多向性微宏观裂缝内外分布式监测装置，其特征在于：包含转球竖 梁、位于转球竖梁上端的上剪切装置、位于转球竖梁下端的下剪切装置、位于上剪切装置与 下剪切装置之间的拉伸装置，所述上剪切装置包含对称设置的半圆形的上剪切台、连接两 个上剪切台的上移动连杆和位于上剪切台上的上承台，所述上承台下方延伸有上载道，上 剪切台下方通过转向螺杆与上旋转梁连接，上旋转梁内安装有上剪切光纤，上剪切光纤通 过剪切锁紧装置固定在上旋转梁内，上旋转梁通过上转球与转球竖梁连接，上剪切台沿上 载道做直线运动，相对的两个上剪切台做切向运动，带动上剪切光纤拉伸；所述下剪切装置 包含对称设置的半圆形的下剪切台、连接两个下剪切台的下移动连杆和位于下剪切台下的 下承台，所述下承台下方延伸有下载道，下剪切台下方通过转向螺杆安装有下旋转梁，下旋 转梁内安装有下剪切光纤，下剪切光纤通过剪切锁紧装置固定在下旋转梁内，下旋转梁通 过下旋转球与转球竖梁连接，下剪切台沿下载道做直线运动，相对的两个下剪切台做切向 运动，带动下剪切光纤拉伸；所述拉伸装置包含张拉光纤、上张拉台、下张拉台和位于上张 拉台与下张拉台之间的伸缩竖梁，张拉光纤依次穿过上张拉台、伸缩竖梁和下张拉台，张拉 光纤通过拉伸锁紧装置固定在上张拉台和下张拉台上，所述上剪切光纤、下剪切光纤和张 拉光纤分别与集线载台连接。
2. 根据权利要求1所述的水工结构物多向性微宏观裂缝内外分布式监测装置，其特征 在于：所述剪切锁紧装置包含转阀、护圈、弧夹和旋杆，所述护圈套在上旋转梁并与转向螺 杆连接，护圈上安装有旋杆，旋杆的头部安装有转阀，旋转的尾部活动连接弧夹，通过弧夹 锁紧上剪切光纤或下剪切光纤。
3. 根据权利要求1所述的水工结构物多向性微宏观裂缝内外分布式监测装置，其特征 在于：所述拉伸锁紧装置包含螺纹型控制台、螺纹阀、螺纹拉压杆、微调横螺柱和通道护环， 所述上张拉台与下张拉台分别设有竖向通道，竖向通道内设有通道护环，张拉光纤位于竖 向通道内，上张拉台与下张拉台分别固定安装有一对螺纹型控制台，一对螺纹型控制台分 别位于竖向通道的两侧，每个螺纹型控制台上旋入了微调横螺柱，微调横螺柱与螺纹拉压 杆螺纹连接，螺纹拉压杆与通道护环连接，微调横螺柱穿过螺纹型控制台，微调横螺柱的进 出连带了螺纹拉压杆的进出，通道护环外壁与螺纹拉压杆外表面面面接触，通过竖向通道 的张拉光纤会因为外环荷载的施加而被以非刚性固定。
4. 根据权利要求1所述的水工结构物多向性微宏观裂缝内外分布式监测装置，其特征 在于：所述上剪切光纤、下剪切光纤和张拉光纤外套有光纤护套，光纤护套包含高硬外环与 位于高硬外环内壁的软绵内套，上剪切光纤、下剪切光纤和张拉光纤位于软绵内套内。
5. 根据权利要求1所述的水工结构物多向性微宏观裂缝内外分布式监测装置，其特 征在于：所述上剪切台与下剪切台交叉分布。
6. 根据权利要求1所述的水工结构物多向性微宏观裂缝内外分布式监测装置，其特征 在于：所述集线载台包括四个光纤连接端口和一个备用端口，集线载台上安装有通过支撑 梁固定的旋转转台，四个光纤连接端口和一个备用端口位于旋转转台的四周，旋转转台的 中心安装有转环，转环与旋转外柄连接，集线载台上还设有外联槽，外联槽边上安装有转动 护盖，转动转动护盖可将外联槽覆盖。
7. 根据权利要求1所述的水工结构物多向性微宏观裂缝内外分布式监测装置，其特 征在于：所述相邻的两个水工结构物多向性微宏观裂缝内外分布式监测装置通过串联梁连 so
【专利摘要】本实用新型公开了一种水工结构物多向性微宏观裂缝内外分布式监测装置，包含转球竖梁、位于转球竖梁上端的上剪切装置、位于转球竖梁下端的下剪切装置、位于上剪切装置与下剪切装置之间的拉伸装置，所述上剪切装置包含对称设置的半圆形的上剪切台、连接两个上剪切台的上移动连杆和位于上剪切台上的上承台，所述上承台下方延伸有上载道，上剪切台下方通过转向螺杆与上旋转梁连接，上旋转梁内安装有上剪切光纤，上剪切光纤通过剪切锁紧装置固定在上旋转梁内，上旋转梁通过上转球与转球竖梁连接。本实用新型的监测装置可以实现水工结构物张拉、剪切以及张拉、剪切组合裂缝的光纤监测，其实现了分布式、多向性、微宏观、内外监测。
【IPC分类】G01B11-02
【公开号】CN204269075
【申请号】CN201420646899
【发明人】苏怀智, 杨孟, 李星, 陈健, 韩彰
【申请人】河海大学
【公开日】2015年4月15日
【申请日】2014年10月30日