专利名称：基于布里渊分布式光纤传感的结构缝监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工程检测技术，尤其是一种利用光纤传感器进行结构缝伸缩量检测装置，具体地说是一种基于布里渊分布式光纤传感的结构缝监测装置。
背景技术：
结构缝是工程结构设施在构件连接处设置的一些人工缝，如桥梁的伸缩缝、隧道管片的拼缝等。在这些结构缝处，由于温度、构件偏移等因素，缝宽会发生变化，达到极限值时能够导致连接件失效，甚至会造成类似桥梁的落梁等灾难性事故。因此，对这些结构实施长期在线监测具有重要意义。然而，由于结构缝的数量惊人，一般很难做到每条缝布设监测传感器，也就是说无法准确了解所有缝的信息。1989年Horiguchi等人提出首次分别提出了利用布里渊光的频移特性作为分布式应变和温度传感以来，该技术受到工程研究人员的广泛关注，其重要具有以下几个有点1、分布式测量，理论上光纤每点的应变和温度都可以测量，实际可每5cm采样；2、长距离传感，可测量的光纤长度达到50km以上；3、测试精度高，目前最高应变测试精度为2 μ ε，温度测试精度为O. 1° C ;4、测试长期稳定，不受电磁场等环境干扰。利用布里渊分布式光纤传感可以对大量的结构缝实施监测，但是在实际中遇到问题。光纤在自由时不能够受压，必须对其施加预张拉。但是过大的预张拉应变会导致光纤本身的蠕变等问题，过小的话，结构缝的闭合量较大时将无法监测。由于预张拉应力的作用导致此类装置只能进行单向检测，不能满足实际工程检测需要。
发明内容本实用新型的目的是针对现有的布里渊颁布式光纤传感装置存在的只能进行单向检测的问题，设计一种可以同时监测结构缝的张开和闭合同时可进行温度自动补偿的基于布里渊分布式光纤传感的结构缝监测装置。本实用新型的技术方案是—种基于布里渊分布式光纤传感的结构缝监测装置，其特征是它包括分别安装在结构缝两侧基础上的钢板底座9，每侧钢板底座9上安装有一字形钢片5和L形钢片8，一字形钢片5的悬壁端和L形钢片8的拐角端上均安装有滑轮6，拉伸检测用光纤I缠绕在结构缝两侧的一字形钢片5悬臂端上对应的两个滑轮6上，收缩检测用光纤2缠绕在结构缝两侧的L形钢片8的拐角端上对应的两个滑轮6上，拉伸检测用光纤I和收缩检测用光纤2之间连接有温度补偿检测用光纤3 ;所述的拉伸检测用光纤I和收缩检测用光纤2均通过各自的连接光纤4与布里渊分布式光纤解调系统相连。所述的拉伸检测用光纤1、收缩检测用光纤2和温度补偿检测用光纤3为单模裸光纤。所述的拉伸检测用光纤1、收缩检测用光纤2在滑轮6上的缠绕长度至少为2倍的布里渊解调系统 的空间分解能。[0010]所述的滑轮6的表面需光滑，可以在表面涂机油，直径不小于2cm，以减小弯折对光纤的光损；两个滑轮的轴距应根据预估的缝宽变化大小来决定，保证光纤最大受拉应变不超过光纤断裂应变。一字形钢片5和L形钢片8的厚度至少取1cm，保证足够的刚度。所述的结构缝监测装置可以精确监测缝的张开、闭合，并且温度自补偿。两块一字形钢片5分别固定被测缝两侧，通过钢片上的两个滑轮缠绕、固定光纤，当缝张开时，光纤受拉。两块L形钢片8分别固定被测缝两侧，钢片的端部跨过被测缝，通过钢片上的两个滑轮缠绕、固定光纤，实现缝闭合时光纤受拉。本实用新型的有益效果1、本实用新型既可以监测结构缝的张开量，还可以监测结构缝的闭合量，同时温度自补偿，有效克服光纤简单布设时的不足。2、本实用新型的缝宽测量高精度，完全能适应各类结构缝的测试要求。3、本实用新型可实现可分布式测量及超长距测量，可将本实用新型的装置大量串联使用，实现对大型基础设施全部结构缝的在线长期监测，大大降低检测维护成本。4、本实用新型能满足国家大型基础设施建设和运营的需求，尤其能够解决地铁盾构隧道、高铁桥梁的长期监测的一些难题，具有很高的社会效益。5、本实用新型可通过串接组成监测系统(见图7)，用于大型环境和场合的监测。
图1是本实用新型的结构示意图。图2是本实用新型的单模裸光纤的结构示意图。图3是本实用新型的覆铠甲的单模裸光纤的结构示意图。图4是本实用新型的的一字形钢片及滑轮的结构示意图。图5是本实用新型的L形钢片及滑轮的结构示意图。图6是本实用新型的钢板底座的结构示意图。图7是本实用新型组成的监测系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。如图1-6所示。一种基于布里渊分布式光纤传感的结构缝监测装置，它包括分别安装在结构缝两侧基础上的钢板底座9(应采用防腐性能好的不锈钢材料制造，如图6所示)，每侧钢板底座9上安装有一字形钢片5和L形钢片8，如图1，两块一字形钢片5 (可采用厚度在I厘米以上的不锈钢钢片，如图4)分别固定被测缝两侧，通过钢片上的两个滑轮缠绕、固定光纤，当缝张开时，光纤受拉。两块L形钢片8 (可采用厚度在I厘米以上的不锈钢钢片，如图5所示)分别固定被测缝两侧，钢片的端部跨过被测缝，通过钢片上的两个滑轮缠绕、固定光纤，实现缝闭合时光纤受拉。一字形钢片5的悬壁端和L形钢片8的拐角端上均安装有滑轮6，拉伸检测用光纤I缠绕在结构缝两侧的一字形钢片5悬臂端上对应的两个滑轮6上，收缩检测用光纤2缠绕在结构缝两侧的L形钢片8的拐角端上对应的两个滑轮6上，拉伸检测用光纤I和收缩检测用光纤2之间连接有温度补偿检测用光纤3 ;所述的拉伸检测用光纤I和收缩检测用光纤2均通过各自的连接光纤4与布里渊分布式光纤解调系统相连。所述的拉伸检测用光纤1、收缩检测用光纤2和温度补偿检测用光纤3可采用图2所示的单模裸光纤，连接光纤4可采用图3所示的覆铠甲的单模裸光纤。拉伸检测用光纤1、收缩检测用光纤2在滑轮6上的缠绕长度至少为2倍的布里渊解调系统的空间分解能。所述的滑轮
6的表面需光滑，可以在表面涂机油，直径不小于2cm，以减小弯折对光纤的光损；两个滑轮的轴距应根据预估的缝宽变化大小来决定，保证光纤最大受拉应变不超过光纤断裂应变。图7中，监测时，引线光纤4直接与布里渊分布式光纤解调系统17相连，或者系列本发明的装置通过弓I线光纤4串联一起再连接解调系统17，一般情况下，至少可串联500个以上。本实用新型的使用方法如下(I)将滑轮6通过轮轴13锚固一字形不锈钢钢片5上(图4)，将滑轮6通过轮轴13锚固L形不锈钢钢片8上(图5)，将安装了滑轮6的不锈钢钢片5和不锈钢钢片8通过锚孔7固定在不锈钢钢板底座9上(图1)，其中钢板底座9如图6，而两块钢板底座9再通过锚孔7分别固定在被测缝两边的构造物上(图1)，要求钢片、钢板的厚度为Icm左右以保证一定的刚度，同时要求两个钢片5上的滑轮中心连线与被测缝张开/闭合方向一致，两个钢片8上的滑轮中心连线也是同样要求。(2)图1中，引线光纤4 (图3)连接光纤1，并将光纤I粘贴在钢片5上，围着两个滑轮6缠绕光纤1，达到设计要求长度(一般为布里渊分布式光纤解调系统的空间分解能的2^10倍)时再将光纤I粘贴在钢片5上， 然后连接自由光纤3，自由光纤3再连接光纤2，将光纤2粘贴在钢片8上，围着两个滑轮6缠绕光纤2至一定长度(一般为布里渊分布式光纤解调系统的空间分解能的2 10倍)时再将光纤2粘贴在钢片8上，最后光纤2连接引线光纤4。光纤I和光纤2需要适当施加预张应变，一般控制在200με飞ΟΟμε，太大容易引起光纤的蠕变、疲劳等问题造成测试精度降低。本发明中的光纤1、光纤2和光纤3采用了传感更灵敏的裸光纤，如图2所示，因用途不同而分类，其中10为树脂包层，11是玻璃传感芯线；而光纤4是在裸光纤外加了一层铠甲保护层12。(3)监测时，引线光纤4直接与布里渊分布式光纤解调系统相连，或者通过引线光纤4将图1所示的各检测终端串联一起再连接解调仪，一般情况下，至少可串联500个以上。(4)当结构缝张开时，光纤I受拉应变变大，变化值用来计算缝宽变化，而此时光纤2应变会减小，缝宽增大到足以抵消光纤2的预张应变时，其应变不再变化。当结构缝闭合时，光纤2受拉应变变大，变化值用来计算缝宽变化，此时光纤I应变会减小，直到抵消预张应变。两种情况下，光纤3的应变均不变化，其只感受温度变化，并对光纤I和光纤2进行温度补偿。实际监测时，首先将光纤I和光纤2的应变变化值扣除光纤3的应变(温度引起)，再判断哪一个的应变增加了，如光纤I增加，则表示缝张开，计算张开量；如光纤2增力口，则表示缝闭合，计算闭合量。公式如下结构缝张开量[0038]
权利要求1.一种基于布里渊分布式光纤传感的结构缝监测装置，其特征是它包括分别安装在结构缝两侧基础上的钢板底座(9)，每侧钢板底座(9)上安装有一字形钢片(5)和L形钢片(8)，一字形钢片(5)的悬壁端和L形钢片(8)的拐角端上均安装有滑轮(6)，拉伸检测用光纤(I)缠绕在结构缝两侧的一字形钢片(5)悬臂端上对应的两个滑轮(6)上，收缩检测用光纤(2)缠绕在结构缝两侧的L形钢片(8)的拐角端上对应的两个滑轮(6)上，拉伸检测用光纤(I)和收缩检测用光纤(2)之间连接有温度补偿检测用光纤(3);所述的拉伸检测用光纤(I)和收缩检测用光纤(2)均通过各自的连接光纤(4)与布里渊分布式光纤解调系统相连。
2.根据权利要求1所述的基于布里渊分布式光纤传感的结构缝监测装置，其特征是所述的拉伸检测用光纤(I)、收缩检测用光纤(2)和温度补偿检测用光纤(3)为单模裸光纤。
3.根据权利要求1所述的基于布里渊分布式光纤传感的结构缝监测装置，其特征是所述的拉伸检测用光纤(I)、收缩检测用光纤(2)在滑轮(6)上的缠绕长度至少为2倍的布里渊解调系统的空间分解能。
4.根据权利要求1所述的基于布里渊分布式光纤传感的结构缝监测装置，其特征是所述滑轮6的直径最小为2cm。
专利摘要一种基于布里渊分布式光纤传感的结构缝监测装置，其特征是它包括钢板底座(9),钢板底座(9)上安装有一字形钢片(5)和L形钢片(8)，一字形钢片(5)的悬壁端和L形钢片(8)的拐角端上均安装有滑轮(6)，拉伸检测用光纤(1)缠绕在结构缝两侧的一字形钢片(5)悬臂端上对应的两个滑轮(6)上，收缩检测用光纤(2)缠绕在结构缝两侧的L形钢片(8)的拐角端上对应的两个滑轮(6)上，拉伸检测用光纤(1)和收缩检测用光纤(2)之间连接有温度补偿检测用光纤(3)；所述的拉伸检测用光纤(1)和收缩检测用光纤(2)均通过各自的连接光纤(4)与布里渊分布式光纤解调系统相连。本实用新型既可以监测结构缝的张开量，还可以监测结构缝的闭合量，同时温度自补偿，有效克服光纤简单布设时的不足。
文档编号G01B11/14GK202903143SQ20122051896
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月10日 优先权日2012年10月10日
发明者王登位 申请人:江苏中江物联网科技有限公司