一种光纤拉索预应力监测传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于土木工程结构安全监测领域，涉及到一种光纤拉索预应力监测传感器。
【背景技术】
[0002]自上个世纪50年代以来，预应力拉索广泛用于桥梁结构，特别是斜拉桥中预应力拉索的材料和锚固体系出现了许多技术创新和跨越式的发展。在桥梁结构中，拉索将桥面系荷载传递给塔(主拱)，桥面系荷载包括桥面自重的恒荷载和车辆、风及温度等荷载，拉索在活荷载作用下将产生疲劳效应，导致疲劳累积损伤；此外，由于拉索桥梁是超静定结构，其它构件的变形和损伤也会导致拉索受力状态的变化，如四川大学的汤国栋在2002年的检测结果表明，设计和成桥时受力基本相同的拉索在服役8年后，最长拉杆的内力与最短拉索内力相差20余倍，这就使拉索的服役安全存在着相当大的隐患。
[0003]目前拉索预应力监测的方法主要有:1)油压表法:根据千斤顶油缸中液压和索拉力的关系，只需测定油缸中的油压即可求得预应力。但在实际工程中使用的油压表的精度并不高，也容易发生故障再者千斤顶的内摩阻力难以准确地预计，它是随着油封的磨损程度和张拉吨位的大小而变化的。此外千斤顶是串入缆索与锚头之间使用的，桥梁投入正常运营后，就无法再使用油压表进行预应力测试。2)电测法:用于施工阶段张拉预应力的控制。优点是精度高，缺点是监测需要布置的导线很多很长，另外压力传感器价格比较昂贵，大吨位造价更高，不宜大量使用。再者随着时间变化应变片对变形的反应也越来越迟钝，监测误差也将随之增大。3)频率法:用频率法测定预应力，不仅方便，适应多种工况，设备可重复使用，且测量精度已能满足工程应用要求，因此得到了广泛使用。但由于该方法对拉索两侧端点连接方式需为铰接的理论假设限制，使得该方法在一些不符合铰接假设条件的拉索服役工况下的监测精度难以保证。4)磁通量法:磁通量法所用的材料是电磁传感器，这种传感器由两层线圈组成。优点是除磁化拉索外，它不会影响拉索的任何力学特性和物理特性。缺点是造价高。5)光纤光栅压力环法:该方法测得的桥梁预应力有很高的精度，但是光栅敏感元件的粘结剂的耐久性差，从而导致传感器寿命短，该方法还有待进一步改进与完善。
[0004]针对上述问题，为了实现拉索预应力的高耐久性、高精度、实时监测。本实用新型提出一种基于白光干涉传感技术的桥梁预应力监测方法，实现对拉索预应力的监测。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种光纤拉索预应力监测传感器。
[0006]应用缠绕在预应力被测件上的基于光纤白光干涉传感技术的光纤线圈传感结构，实现对预应力被测件受力的监测，同时通过对温度补偿被测件环向应变的监测消除温度对预应力监测的影响。理论上讲，只要是圆柱形的预应力受压件均可作为本实用新型的预应力被测件。本实用新型中将预应力被测件具体为预应力锚具中比较典型的受压件，即锚板、螺母及压力环。该拉索预应力监测方法以缠绕在被测件外表面的单模光导纤维线圈作为传感单元，测量弹性拉索受力后，引起位于拉索锚固端被测件的膨胀变形应变。由于预应力被测件所受的压力即为拉索的预应力。通过对预应力被测件所受压力的监测，可以实现对拉索预应力的长期、稳定监测。
[0007]本实用新型的技术方案是:
[0008]一种光纤拉索预应力监测传感器，该传感器包括预应力监测传感器和温度补偿传感器；预应力监测传感器包括预应力被测件、光纤监测组件及钢保护套。温度补偿传感器包括温度补偿被测件、光纤监测组件及钢保护套。预应力被测件为锚板、螺母或压力环中的一种。预应力被测件环向外表面中部缠绕有光纤监测组件，预应力被测件通过钢保护套保护。光纤监测组件为接有光纤接头的光纤线圈，光纤接头位于光纤监测组件的两端，通过光纤法兰将光纤接头固定于预应力被测件。预应力被测件监测时的温度补偿模块与预应力监测模块除作用不同外，其余完全相同。
[0009]预应力被测件为锚板时，拉索中的钢绞线依次穿过锚垫板、锚板后用夹片在锚板上进行锚固，钢绞线的拉力将使锚板受压，并且钢绞线所受拉力与锚板所受压力大小相等。用上述方法制作预应力监测传感器和温度补偿传感器，预应力监测传感器中的预应力被测件为锚固拉索的锚板，温度补偿传感器中的温度补偿被测件为与预应力被测件完全相同、不受力且与预应力被测件处于同一温度环境的锚板。
[0010]预应力被测件为螺母时，拉索端部与螺杆相连，螺杆依次穿过锚垫板球面垫板后用螺母固定。拉索所受拉力与螺杆所受拉力相等，螺杆拉力使螺母受压，且螺母所受压力与螺杆拉力大小相等，也即拉索拉力。用上述方法制作预应力监测传感器和温度补偿传感器，预应力监测传感器中的预应力被测件为固定螺杆的螺母，温度补偿传感器中的温度补偿被测件为与预应力被测件完全相同、不受力且与预应力被测件处于同一温度环境的螺母。
[0011]预应力被测件为压力环时，拉索端部与螺杆相连，螺杆依次穿过锚垫板、压力环、球面垫板后用螺母固定。拉索所受拉力与螺杆所受拉力大小相等，螺杆拉力使压力环受压，且压力环所受压力与螺杆所受拉力大小相等，也即拉索拉力。用上述方法制作预应力监测传感器和温度补偿传感器，预应力监测传感器中的预应力被测件锚垫板和球面垫板之间的压力环，温度补偿传感器中的温度补偿被测件为与预应力被测件完全相同、不受力且与预应力被测件处于同一温度环境的压力环。
[0012]本实用新型的效果和益处是，本实用新型采用超高耐久性的光导纤维作为传感材料，提出采用光纤线圈白光干涉技术实现对拉索预应力的监测。通过缠绕在另一个与预应力被测件同等规格、不受力且与预应力被测件处于同一温度环境的温度补偿被测件上的光纤线圈来进行环境温度补偿。由于光导纤维二氧化硅材料的超高耐久性，使得该传感器具有突出的高耐久性特点，结合光纤信号采集设备，可以实现拉索预应力的长期、实时、定量的监测。由于本实用新型的传感元件采用普通的单模通讯光纤，使得其成本很低，这是本实用新型的另一个突出特点。
【附图说明】
[0013]图1光纤监测组件示意图。
[0014]图2锚板工作示意图。
[0015]图3锚板类锚具拉索监测模块示意图。
[0016]图4锚板类锚具拉索监测模块A-A剖面图。
[0017]图5螺母工作示意图。
[0018]图6螺母类锚具拉索监测模块示意图。
[0019]图7螺母类锚具拉索监测模块B-B剖面图。
[00