一种用于监测桥梁挠度的传感器的制作方法

1.本发明涉及桥梁挠度监测技术领域，具体涉及一种用于监测桥梁挠度的传感器。


背景技术：

2.桥梁的线性能直接反映桥梁的结构安全。一方面如若梁变形过大，可能产生的冲击和振动作用也愈强烈，对行车安全的影响也愈大。另一方面，梁的过度变形，可能导致桥梁的结构产生损伤，威胁桥梁整体结构安全。因此，对于桥梁的线性监测意义重大。通常，桥梁的线性监测主要是通过对桥梁的挠度变化监测来实现的，包括对桥梁的动、静挠度测量。目前针对桥梁挠度的监测主要采用的传感器类型有连通管原理类传感器、反射式光电类传感器、倾角类传感器、ccd等，并已广泛应用于桥梁挠度变化的长期监测中，取得了一定的效果。但是，这些类型传感器在监测桥梁挠度变化仍然存在一些问题。如连通管类传感器在监测挠度变化过程中易受连通管内的液体膨胀、蒸发、漏液等情况影响，致使监测精度下降；而采用反射式光电类传感器时，极易受外界过车干扰；倾角类传感器仅适用于简支梁桥的挠度监测，适用监测范围窄；ccd类监测覆盖范围低，且易受外界自然环境因素影响。
3.综上所述，目前针对桥梁挠度的监测，现有传感器存在长期稳定低、维护困难、抗干扰能力弱、监测数据存在滞后等问题，受这些因素影响，现有传感器很难准确获取桥梁挠度变化。


技术实现要素：

4.本发明的目的就在于解决上述背景技术的问题，而提出一种用于监测桥梁挠度的传感器。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.本发明实施例提供了一种用于监测桥梁挠度的传感器，包括弹性杆体、应变光纤光栅、温度光纤光栅；
7.所述弹性杆体作为核心杆件呈线性状具有柔性，沿所述弹性杆体轴线方向均匀设置多个环形的监测断面，在所述弹性杆体表面距离每个监测断面预设距离的位置部署有温度光纤光栅；
8.每个监测断面表面上存在四个刻槽，相邻两个刻槽在监测断面的距离为四分之一监测断面的周长，每一刻槽中安装有应变光纤光栅；
9.监测断面的四个应变光纤光栅和对应的温度光纤光栅形成一个监测链路。
10.本发明实施例还提供了基于上述用于监测桥梁挠度的传感器的桥梁挠度测量方法，所述用于监测桥梁挠度的传感器沿目标桥梁顺桥向布置，所述方法包括：
11.获取每一个监测链路的监测数据；所述监测数据包括该监测链路所有应变光纤光栅的应变测量数据、温度光纤光栅的温度测量数据以及该监测链路的位置编号码；
12.根据所述温度测量数据修正所述应变测量数据，得到应变修正数据；
13.根据所述应变修正数据计算该监测链路所在位置的测量挠度值；
14.根据位置编号码确定该监测链路在所述目标桥梁的部署位置，将所有监测链路的测量挠度值与部署位置对应，得到所述目标桥梁的挠度变化数据。
15.可选地，根据所述温度测量数据修正所述应变测量数据，得到应变修正数据具体为：
[0016][0017]
其中，αf为所述每个光纤光栅的热膨胀系数，ξ为所述每个光纤光栅的热光系数，pe为所述每个光纤光栅的光弹性常数，δt为所述温度光栅监测实时值，δε为所述应变修正数据。
[0018]
可选地，根据所述应变修正数据计算该监测链路所在位置的测量挠度值包括：
[0019]
根据所述应变修正数据计算该监测链路的目标角度；
[0020]
根据所述目标角度计算该监测链路所在位置的形变半径；所述形变半径是以监测断面为圆弧的虚拟圆的半径；
[0021]
根据所述形变半径计算该监测链路所在位置的测量挠度值。
[0022]
可选地，根据所述应变修正数据计算该监测链路的目标角度具体为：
[0023][0024]
其中，α为所述目标角度，ε1、ε2、ε3和ε4为所述应变修正数据。
[0025]
可选地，根据所述目标角度计算该监测链路所在位置的形变半径具体为：
[0026][0027]
其中，r为形变半径，r为所述弹性杆体的截面半径。
[0028]
可选地，根据所述形变半径计算该监测链路所在位置的测量挠度值具体为：
[0029][0030]
其中，ω(x)为测量挠度值。
[0031]
本发明的有益效果：
[0032]
本发明实施例提供了一种用于监测桥梁挠度的传感器，包括弹性杆体、应变光纤光栅、温度光纤光栅；弹性杆体作为核心杆件呈线性状具有柔性，沿弹性杆体轴线方向均匀设置多个环形的监测断面，在弹性杆体表面距离每个监测断面预设距离的位置部署有温度光纤光栅；每个监测断面表面上存在四个刻槽，相邻两个刻槽在监测断面的距离为四分之一监测断面的周长，每一刻槽中安装有应变光纤光栅；监测断面的四个应变光纤光栅和对应的温度光纤光栅形成一个监测链路。上述传感器采用光纤传感的线性传感器，可以有效地解决桥梁挠度监测中存在的数据滞后、外界干扰以及稳定性、维护性问题，可以有效地获取桥梁动、静挠度变形量，从而更有效地为桥梁结构安全评估提供数据支撑。
附图说明
[0033]
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0034]
图1为本发明实施例提供的一种用于监测桥梁挠度的传感器的三维图；
[0035]
图2为本发明实施例提供的一种用于监测桥梁挠度的传感器的正视图；
[0036]
图3为本发明实施例提供的一种桥梁挠度测量方法的流程图；
[0037]
图中：1、弹性杆体；2、应变光纤光栅；3、温度光纤光栅；4、刻槽；5、监测断面。
具体实施方式
[0038]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
本发明实施例提供了一种用于监测桥梁挠度的传感器。参见图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种用于监测桥梁挠度的传感器的三维图，图2为本发明实施例提供的一种用于监测桥梁挠度的传感器的正视图。该装置包括弹性杆体1、应变光纤光栅2、温度光纤光栅3；
[0040]
弹性杆体1作为核心杆件呈线性状具有柔性，沿弹性杆体1轴线方向均匀设置多个环形的监测断面5，在弹性杆体1表面距离每个监测断面5预设距离的位置部署有温度光纤光栅3；
[0041]
每个监测断面5表面上存在四个刻槽4，相邻两个刻槽4在监测断面5的距离为四分之一监测断面5的周长，每一刻槽4中安装有应变光纤光栅2；
[0042]
监测断面5的四个应变光纤光栅2和对应的温度光纤光栅3形成一个监测链路。
[0043]
基于本发明实施例提供了一种用于监测桥梁挠度的传感器，采用光纤传感的线性传感器，可以有效地解决桥梁挠度监测中存在的数据滞后、外界干扰以及稳定性、维护性问题，可以有效地获取桥梁动、静挠度变形量，从而更有效地为桥梁结构安全评估提供数据支撑。
[0044]
一种实现方式中，弹性杆体1作为核心杆件呈线性状具有柔性，可以为涂有高弹厚质丙烯酸的pc杆，或者也可以是其他树脂杆、塑料杆和橡胶杆等。弹性杆体1作为主要感知桥梁挠度变化的载体，沿桥梁顺桥向布置，当桥梁挠度发生变化时，带动弹性杆体发生变化，弹性杆体受影响，在每个监测断面5都会产生不同的弯矩及轴向拉伸，此时带动刻槽4内的应变光纤光栅2产生轴向变形，通过温度光纤光栅3补偿应变光纤光栅2的温度影响，获得应变光纤光栅2的实际应变测量值，可以计算弹性杆件在该监测断面5的挠度变形。
[0045]
一种实现方式中，图1中fbg0a01、fbg0a02、fbg0a03、fbg0a04、fbg0b01、fbg0b02、fbg0b03、fbg0b04分别为应变光纤光栅2的名称编号，fbg-t为温度光纤光栅3的名称编号，在实际部署时，名称编号可以作为位置编号码与各光纤光栅部署的位置相关联。
[0046]
一种实现方式中，如图2所示相邻两个刻槽4在监测断面5的距离为四分之一监测断面5的周长，也即两个刻槽4与监测断面5的圆心呈90
°
。弹性杆体表面上刻槽4的刻槽深度、长度与应变光纤光栅2的直径、长度一致，刻槽4布置采用断面布置，每个断面共四个刻槽，断面沿弹性杆体轴线方向均匀分布，每个断面上的刻槽4分布在沿弹性杆体表面四周呈
90
°
方位角的位置上，弹性杆体越长，含刻槽4的断面越多。应变光纤光栅2做为主要传感元件，紧密内嵌安装在刻槽内，每个断面共四个刻槽，对应四个埋入的应变光纤光栅2，温度光纤光栅3采用表面粘贴方法，布置在监测断面5之间，每个监测断面5上的四个应变光纤光栅2与一个温度光纤光栅3串联，形成一个监测链路。
[0047]
基于上述的用于监测桥梁挠度的传感器，本发明实施例提供了一种桥梁挠度测量方法，参见图3，图3为本发明实施例提供的一种桥梁挠度测量方法的流程图。上述用于监测桥梁挠度的传感器沿目标桥梁顺桥向布置，该方法包括：
[0048]
s301，获取每一个监测链路的监测数据。
[0049]
s302，根据温度测量数据修正应变测量数据，得到应变修正数据。
[0050]
s303，根据应变修正数据计算该监测链路所在位置的测量挠度值。
[0051]
s304，根据位置编号码确定该监测链路在目标桥梁的部署位置，将监测链路的测量挠度值与部署位置对应，得到目标桥梁的挠度变化数据。
[0052]
监测数据包括该监测链路所有应变光纤光栅的应变测量数据、温度光纤光栅的温度测量数据以及该监测链路的位置编号码。
[0053]
基于本发明实施例提供了一种桥梁挠度测量方法，采用光纤传感的线性传感器，可以有效地解决桥梁挠度监测中存在的数据滞后、外界干扰(膨胀系数影响、温度影响)以及稳定性、维护性问题，可以有效地获取桥梁动、静挠度变形量，从而更有效地为桥梁结构安全评估提供数据支撑。
[0054]
一种实现方式中，弹性杆体作为主要感知桥梁挠度变化的载体，沿桥梁顺桥向布置，当桥梁挠度发生变化时，带动弹性杆体发生变化，弹性杆体受影响，在每个刻槽断面都会产生不同的弯矩及轴向拉伸，此时带动刻槽内的应变光纤光栅产生轴向变形。通过应变光纤光栅的测量量即可计算桥梁挠度的变化量。
[0055]
一种实现方式中，通过根据温度测量数据修正应变测量数据，可以补偿温度对于应变光纤光栅的形变影响，使得应变修正数据更加接近目标桥梁的形变量，提高了桥梁挠度测量的精确度。
[0056]
一种实现方式中，以高速采集仪来获取光纤光栅实时数据，即可采集桥梁的动挠度变化，且不会有数据滞后现象。
[0057]
在一个实施例中，步骤s302具体为：
[0058][0059]
其中，αf为应变光纤光栅的热膨胀系数，ξ为应变光纤光栅的热光系数，pe为应变光纤光栅的光弹性常数，δt为温度光栅监测实时值，δε为应变光纤光栅的应变修正数据。
[0060]
在一个实施例中，步骤s303包括：
[0061]
步骤一，根据应变修正数据计算该监测链路的目标角度；
[0062]
步骤二，根据目标角度计算该监测链路所在位置的形变半径；形变半径是以监测断面为圆弧的虚拟圆的半径；
[0063]
步骤三，根据形变半径计算该监测链路所在位置的测量挠度值。
[0064]
在一个实施例中，根据应变修正数据计算该监测链路的目标角度具体为：
[0065][0066]
其中，α为目标角度，ε1、ε2、ε3和ε4为应变修正数据。
[0067]
一种实现方式中，α是弹性杆体弯曲方向与曲率圆心连线与法线(垂直于地面)的夹角。ε1、ε2、ε3和ε4分别为同一监测断面中各应变光纤光栅根据公式(1)计算得到的应变修正数据。
[0068]
在一个实施例中，根据目标角度计算该监测链路所在位置的形变半径具体为：
[0069][0070]
其中，r为形变半径，r为弹性杆体的截面半径。
[0071]
在一个实施例中，根据形变半径计算该监测链路所在位置的测量挠度值具体为：
[0072][0073]
其中，ω(x)为测量挠度值。
[0074]
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。