一种临时舞台桁架结构应力安全光纤光栅检测系统的制作方法

本实用新型属于光纤光栅传感领域，具体的说是一种临时舞台桁架结构应力安全光纤光栅检测系统。

背景技术：

现在的由于临时舞台的安全事故越来越出现频繁，人们的生命财产安全受到威胁，所以舞台桁架的安全问题亟待解决。

虽然光纤光栅传感器已经应用到一些领域，得到专业化成套传感技术的研发，如航空航天、航海、土木工程、医学和生物、电力工业、核工业及化学和环境等，但是在临时舞台领域应用不多，且不成熟，本专利在于研发一套测量临时舞台桁架的光纤光栅检测系统，为光纤光栅这一先进技术，应用到临时舞台领域奠定基础，并为舞台安全检测方面提供技术支持。

传统测量应变的传感器为应变片传感器，寿命短、价格贵、化学性质不稳定，在雨天易腐蚀、传输容量较小、易受外界环境影响。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足之处，本实用新型提供一种临时舞台桁架结构应力安全光纤光栅检测系统，寿命长、价格便宜、不容易受外界环境影响。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种临时舞台桁架结构应力安全光纤光栅检测系统，包括光源、耦合器、光纤光栅传感器、钢管、光纤光栅解调仪、上位机和报警器，光源用于给耦合器提供光信号，耦合器通过光纤与光纤光栅传感器、光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪与上位机电连接，上位机与报警器电连接，所述光纤光栅传感器设置在钢管内，钢管可拆卸的连接在舞台桁架的易疲劳位置。

在上述技术方案中，所述光纤光栅传感器外设有毛细钢管，毛细钢管内设有第一环氧树脂层，毛细钢管外设有第二层环氧树脂层，毛细钢管的两端设有用于固定的固定环，钢管的两端设有用于固定光纤的第三环氧树脂层。

在上述技术方案中，所述钢管的两端设有呈L型的连接板，连接板上设有通孔，通孔处设有用于与钢管端部连接的钢管套筒，连接板上设有两个螺栓孔，连接板通过U型螺栓与舞台桁架连接。

在上述技术方案中，所述光纤光栅解调仪通过RS232串口与上位机连接。

本实用新型的有益效果是：通过在舞台桁架的发生疲劳或损伤处布置可拆卸的光纤光栅传感器，并通过光纤光栅解调仪将光纤光栅的光信号转换成电信号传递给上位机，上位机经过分析电信号从而得知舞台桁架的变形量，当变形量过大时通过报警装置发出警报，避免发生危险，并且该系统的使用寿命长、价格便宜、外部环境对该系统干扰小，测量结果精准。

附图说明

图1为本实用新型的部分结构连接图。

图2为本实用新型中钢管和连接板的结构示意图。

图3为光纤光栅的内部结构示意图。

图4为临时舞台的桁架结构示意图。

图5为有限元仿真结果图。

图6为本实用新型的工作流程框图。

其中：1.台面，2.舞台支架，3.伸缩杆，4.脚底支架，5.第一易疲劳位置，6.第二易疲劳位置，7.第三易疲劳位置，8.钢管，9.连接板，10.钢管套筒，11.光纤光栅传感器，12.光纤，13.第一环氧树脂层，14.第二环氧树脂层，15.毛细钢管，16.第三环氧树脂层，17.固定环，18.光纤光栅解调仪，19.上位机，20.报警装置。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1-图3和图6所示的一种临时舞台桁架结构应力安全光纤光栅检测系统，包括光源、耦合器、光纤光栅传感器11、钢管8、光纤光栅解调仪18、上位机19和报警器20，光源用于给耦合器提供光信号，耦合器通过光纤12与光纤光栅传感器11、光纤光栅解调仪18连接，光纤光栅解调仪18与上位机19电连接，上位机19与报警器20电连接，所述光纤光栅传感器11设置在钢管8内，钢管8可拆卸的连接在舞台桁架的易疲劳位置。

在上述技术方案中，所述光纤光栅传感器11外设有毛细钢管15，毛细钢管15内设有第一环氧树脂层13，毛细钢管15外设有第二层环氧树脂层14，毛细钢管15的两端设有用于固定的固定环17，钢管8的两端设有用于固定光纤23的第三环氧树脂层16。第三环氧树脂层16既可以固定光纤12，还可以将钢管8内部隔绝成中空的，使外部应力全部都传导毛细钢管15中，从而能更准确的测量到易疲劳位置的应变力。

在上述技术方案中，所述钢管8的两端设有呈L型的连接板9，连接板9上设有通孔，通孔处设有用于与钢管8端部连接的钢管套筒10，连接板9上设有两个螺栓孔，连接板9通过U型螺栓与舞台桁架连接。钢管套筒10为阶梯式结构，为了加强钢管套筒10与钢管8之间的连接强度，可以在钢管套筒10的小端外壁涂上胶水。

在上述技术方案中，所述光纤光栅解调仪18通过RS232串口与上位机连接。

使用本实用新型的系统时，先根据临时舞台的尺寸，材料，桁架的结构，先在三维制图软件中画出临时舞台的单元组成桁架，如图4所示；最大化地还原实际中的真实结构，由若干个台面1、伸缩杆3、舞台支架2、脚底支架4、斜杆构成，单个台面1的尺寸为1220mm*1220mm*5mm,各个部件均是标准件，可以随机组装成自己想要的形式；第二步，采用有限元软件，对图4中的临时舞台三维结构进行结构的仿真分析，具体步骤为：对图4中的临时舞台进行网格划分，形成若干个单元和节点，目的是为了更好地进行离散计算；选择一个面，进行施加力，在实际演出中，演员对舞台的力变化多样，难以计算出此激励，故选择一个平均力1200N对表面1进行受力分析，施加压力，当做舞台演员对台面的一个激励；求解容易发生疲劳的位置，经过分析求得结果，如图5所示，图5中的第一易疲劳位置5、第二易疲劳位置6和第三易疲劳位置7，是容易发生形变的位置，所以将光纤光栅传感器11的钢管8通过U型螺栓和连接板9布置于此三点处。

当桁架产生形变时，光纤光栅传感器11中的栅距发生变化，导致光源射入的光在栅距处发生反射，当受到的应力不同时，便会造成不同的栅距，则返回的光信号的波长就不一样，这是光纤传感的基本原理，返回光信号经传导光纤12传到光纤光栅解调仪18上的光电转换模块，转换成微弱的电信号，经放大电路，使电信号放大，实现信号的采集，光纤光栅解调仪18通过RS232串口，将数据传输到上位机中的软件labview中，并进行数据处理，通过傅里叶变换、滤波处理，得到所需要的波形，对于光纤光栅传感器测量应变已经比较成熟，栅距变化导致的波长飘移量和形变成正比例关系，所以经过相关算法处理，得到临时舞台桁架的应力变化，为舞台安全监测提供数据支持。

在labview中设置报警阈值，连接外围的硬件报警器。将测得的临时舞台桁架结构的应变力，设置成不同的梯度，本实施例中的系统将应变力按比例设成10级，1-7为正常，指示灯的颜色为绿色；7-9级的应变力，指示灯的颜色为黄色；10级及以上触发报警系统，由于应变力是不断变化的，假设当10级及以上的力持续一定的时间，可视为临时舞台桁架的被测点处有危险，为避免警报声对周围人发生不必要的恐慌，我们设计的检测系统提供语音提示，比如：舞台的演员请注意，临时舞台的5点周围有安全隐患，请立即离开舞台！

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。