应变测量装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种应变测量装置，包括外套筒、内套管、固定片、连接光纤、光纤光栅传感器以及光栅解调仪，光纤光栅传感器固定于内套管外表面。内套管设于外套筒内，且内套管与外套筒的第一端通过固定片固定，所述固定片为环形结构，所述外套筒第二端设有开口。内套管的长度小于外套筒的长度，光纤光栅传感器通过连接光纤与光栅解调仪连接。本发明的应变测量装置，能够有效地降低光纤光栅传感器的受应力，避免传感器被拉断，可有效应用于预应力筋/索的长期实时监测。
【专利说明】应变测量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程建造领域，特别涉及一种应变测量装置。
【背景技术】
[0002]预应力混凝土结构是当前一种较为普遍的桥梁结构，预应力筋则是其中的关键受力构件，类似的受力构件还有斜拉桥、悬索桥的钢索等。在实际使用过程中，此类受力构件通常会受到众多环境因素的影响而出现应力损失和应力分布不均匀。预应力筋的应力分布及其变化又会直接影响桥梁结构承载能力的变化，因此，预应力筋的应力应变状态监测是整个预应力混凝土桥梁结构健康监测的关键之一。但此类受力构件中的应力一般都比较大，以桥梁结构中经常使用的I860钢绞线为例，其控制应力为1395MPa，考虑各种应力损失之后，在使用阶段的应力也在IlOOMPa以上，对应应变约为6000 μ ε，普通的应变传感器在大应变下会出现断裂，不能完成正常的测量工作。
[0003]目前常用的预应力测试方法有以下两类:一是在沿预应力筋的混凝土内不同位置处布置传感器，通过测量混凝土所受到的压应力间接反映预应力沿筋的分布情况。这种测点过多而且传统的检测系统稳定性不好。二是在预应力筋锚端安装测力环。这种测量方法只能测得钢筋端部应力值。不能有效地测量钢筋整体的应力。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种应变测量装置。
[0005]根据本发明的一方面，提供了一种应变测量装置，包括外套筒、内套管、固定片、连接光纤、光纤光栅传感器以及光栅解调仪，光纤光栅传感器固定于内套管外表面上。内套管设于外套筒内，且内套管与外套筒的第一端通过固定片固定，所述固定片为环形结构，所述外套筒第二端设有开口。内套管的长度小于外套筒的长度，光纤光栅传感器通过连接光纤与光栅解调仪连接。由此，本装置为外套筒和内套管的环状结构组成，使用时将预应力钢筋套在内套管内。其中，外套筒对内套管以及光纤光栅传感器起到保护作用，避免内套管和光纤光栅传感器等受到破坏。内套管的第一端与外套筒的一端通过固定片焊接在一起，且内套管的第一端与预应力钢筋/钢绞线粘接，内套管的第一端与预应力钢筋/钢绞线的粘接部位长度为L1,内套管第二端(第二端的长度为L2)与预应力钢筋/钢绞线不接触，内套管即可沿着预应力钢筋/钢绞线自由移动。当预应力钢筋/钢绞线受力时，会带动内套管一同伸长，假设预应力钢筋/钢绞线产生的应力导致内套管第一端发生Λ L的变形(应变值即为为Λ IVL1),由于连接光纤的刚度极小，对内套管变形的影响可以忽略，则内套管的第二端位移也为Λ L。光纤光栅传感器固定于内套管的两端，因此测得的应变应为LJL2的长度上产生的Λ L的变形，其应变值为Λ IVLtL2，所以光纤光栅传感器测得的应变就为原来应变的L1Zi(LfL2)倍，从而将预应力筋所受大应变按比例缩小，避免传感器被拉断，实现光纤光栅传感器对大应变预应力构件的直接测量，通过光栅解调仪读取光纤光栅传感器传达的数据。而且L1和L2可根据工程实际的需要调节，获得不同的缩小倍数，本发明可有效应用于预应力筋/索的长期实时监测。
[0006]在一些实施方式中，外套筒与内套管之间设有5mm的间隙，所述外套筒的长度比内套管的长度长5cm。由此，可以使内套管轻松设于外套筒内，且内套管移动时不会与外套筒的内壁发生摩擦。外套筒的长度比内套管的长度长5cm，为内套管的移动预留了一定的空间，避免内套管发生移动时与外套筒碰撞，影响测量数据的准确性。
[0007]在一些实施方式中，间隙填充润滑油。由此，能够有效地减少内套管与外套筒的摩擦阻力。
[0008]在一些实施方式中，外套筒的另一端设有小孔，小孔直径为5_。由此，方便连接光纤的安装。
[0009]在一些实施方式中，外套筒与内套管的管壁厚度均为3_。
[0010]在一些实施方式中，应变测量装置还包括塑料套管。光纤光栅传感器的两端与内套管的两端固定连接，光纤光栅传感器的其余部分设于塑料套管内。塑料套管固定于内套管外表面。由此，当内套管发生应变时，光纤光栅传感器能随着内套管发生应变，且塑料套管能够保护光纤光栅传感器，能够有效地避免其损坏。
[0011]在一些实施方式中，塑料套管的外径与环氧树脂固化剂覆盖的厚度之和小于间隙的高度，由此，塑料套管与保护层不会与外套筒发生摩擦，增强测量的准确度。
[0012]在一些实施方式中，塑料套管和光纤光栅传感器的两端均通过环氧树脂固化剂与内套管表面粘结固定。环氧树脂固化剂覆盖塑料套管形成保护层。由此，塑料套管能够保护光纤光栅传感器，能够有效地避免其损坏。
[0013]在一些实施方式中，固定片的内径等于内套管的内径，固定片的外径等于外套筒的外径，固定片的厚度为2_。由此，使得内套管与外套筒连接得更紧密，增加装置测量的准确度。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明一种实施方式的应变测量装置的结构示意图。
[0015]图2为图1中应变测量装置的外套管的机构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
[0017]图1和图2示意性地显示了根据本发明一种实施方式的应变测量装置。
[0018]该应变测量装置包括外套筒1、内套管2、固定片3、连接光纤4、深圳太辰光通讯有限公司提供的FBGS611N1型光纤光栅传感器5、塑料套管6以及北京鼎盛荣和科技有限公司提供的DS/BGK-FBG-8125型光栅解调仪7。
[0019]其中外套筒I采用钢筒，厚度为3mm，其内径比内套管的外径大5mm，在装配时外套筒I与内套管2之间存在5mm的间隙102，使得内套管2能够轻松地设于外套筒I内，且间隙102填充有润滑油，在内套管2发生应变移动时，降低其与外套筒I之间的摩擦力，提高测量数据的准确性。
[0020]内套管2采用铜管，厚度为3mm，其内径与预应力钢筋/钢绞线的大小相等，如此可将内套管2套入预应力钢筋/钢绞线进行测量。外套筒I的长度比内套管2的长度大5cm，为内套管发生应变伸长时预留移动空间，可避免内套管2与外套筒I之间的碰撞，影响测量数据的准确性。
[0021]固定片3为环形钢片，其厚度为2_，固定片3的内径等于内套管2的内径，外径等于外套筒I的外径。内套管2设于外套筒I内，且内套管2的与外套筒I的第一端通过固定片3焊接固定，使得内套管2与外套筒I固定时的密封性更好，增加测量的准确度。外套筒I的第二端设有开口 102，在开口 102上方的管壁上设有孔101，该孔101的直径为5mm，可方便连接光纤的安装。
[0022]光纤光栅传感器5的两端分别通过由长沙市化工研究所提供的810型环氧树脂固化剂固定于内套管2的两端，光纤光栅传感器5其余部分均设于塑料套管6内，塑料套管6通过环氧树脂固化剂与内套管2外表面粘结固定，环氧树脂固化剂覆盖塑料套管6并形成保护层8，塑料套管6能使光纤光栅传感器5稳定工作，且环氧树脂固化剂在塑料套管6外形成保护层8对光纤光栅传感器5保护性更好。光纤光栅传感器5的两端固定于内套管2的两端上，当内套管2发生应变时，光纤光栅传感器5能随着内套管2发生应变。光纤光栅传感器5通过连接光纤4与光栅解调仪7连接，连接光纤4穿过小孔101后，通过氧树脂固化剂将孔101密封。另外塑料套管6与光纤光栅传感器5位于内套管2和外套筒I之间的间隙102内，塑料套管6的外径与环氧树脂固化剂覆盖的厚度小于间隙102的高度，在测量时不会与外套筒I发生摩擦，增强测量的准确度。
[0023]本发明为外套筒I和内套管2的环状结构组成，使用时将预应力钢筋套在内套管2内。内套管2的第一端201与外套筒I的一端通过固定片3焊接在一起，且内套管2的第一端201与预应力钢筋/钢绞线粘接，内套管的第一端201与预应力钢筋/钢绞线的粘接部位长度为L1,内套管第二端202 (第二端202的长度为L2)与预应力钢筋/钢绞线不接触，内套管2即可沿着预应力钢筋/钢绞线自由移动。当预应力钢筋/钢绞线受力时，会带动内套管2 —同伸长，假设预应力钢筋/钢绞线产生的应力导致内套管第一端201发生Λ L的变形(应变值即为为Λ IVL1),由于连接光纤4的刚度极小，对内套管2变形的影响可以忽略，则内套管2的第二端202位移也为Λ L0光纤光栅传感器5固定于内套管2的两端，因此测得的应变应为LfL2的长度上产生的Λ L的变形，其应变值为Λ IVLAL2，所以光纤光栅传感器5测得的应变就为原来应变的L1Zi(LJL2)倍，从而将预应力筋所受大应变按比例缩小，避免传感器被拉断，实现光纤光栅传感器5对大应变预应力构件的直接测量，通过光栅解调仪7读取光纤光栅传感器5传达的数据。而且L1和L2可根据工程实际的需要调节，获得不同的缩小倍数，本发明可有效应用于预应力筋/索的长期实时监测。
[0024]以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可有其他变形和改进。
【权利要求】
1.应变测量装置，包括外套筒、内套管、固定片、连接光纤、光纤光栅传感器以及光栅解调仪，所述光纤光栅传感器固定于内套管外表面，所述内套管设于外套筒内，且内套管与外套筒的第一端通过固定片固定，所述固定片为环形结构，所述外套筒第二端设有开口，所述内套管的长度小于外套筒的长度，所述光纤光栅传感器通过连接光纤与光栅解调仪连接。
2.根据权利要求1所述的应变测量装置，其中，所述外套筒与内套管之间设有5mm的间隙，所述外套筒的长度比内套管的长度长5cm。
3.根据权利要求2所述的应变测量装置，其中，所述间隙填充润滑油。
4.根据权利要求3所述的应变测量装置，其中，所述外套筒的第二端设有孔，所述孔直径为5mm。
5.根据权利要求4所述的应变测量装置，其中，所述外套筒与内套管的管壁厚度均为3mm ο
6.根据权利要求1所述的应变测量装置，其中，所述固定片的内径等于内套管的内径，所述固定片的外径等于外套筒的外径，所述固定片的厚度为2mm
7.根据权利要求1至6任一项所述的应变测量装置，其中，还包括塑料套管，所述光纤光栅传感器的两端与内套管的两端固定连接，所述光纤光栅传感器的其余部分设于塑料套管内，所述塑料套管固定于内套管外表面。
8.根据权利要求7所述的应变测量装置，其中，所述塑料套管和光纤光栅传感器的两端均通过环氧树脂固化剂与内套管表面粘结固定，所述环氧树脂固化剂覆盖塑料套管形成保护层。
9.根据权利要求8所述的应变测量装置，其中，所述塑料套管的外径与环氧树脂固化剂覆盖的厚度之和小于间隙的高度。
【文档编号】G01B11/16GK103630083SQ201210310492
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月28日 优先权日:2012年8月28日
【发明者】郭余根, 张 浩, 徐政, 罗跟东, 胡锦华, 崔松涛, 赵书银, 郭银波, 姜大兵, 彭宇飞, 莫振泽, 齐勇, 盛鑫, 刘志峰, 郝燕钢, 衡瑜, 袁宽瑶, 丁剑敏, 刘伯成, 刘旭, 刘祥勇, 赵洪波, 孙野飞, 彭俊锋, 施正城, 邵冠慧, 鲍凤麒, 吴灵, 周立波, 王子龙 申请人:中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司