申请/专利权人：武汉理工大学

申请日：2021-05-24

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN113639646B

主分类号：G01B11/16

分类号：G01B11/16

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.30#授权;2021.11.30#实质审查的生效;2021.11.12#公开

摘要：一种大型工程结构变形全时全域在线监测装置及方法，属于大型安全监测技术领域，可解决大型工程结构变形监测要求覆盖范围广、精度高的技术难题，本发明利用光纤光栅阵列传感光缆、光纤光栅阵列信号解调仪表和数据处理单元，可形成大型工程结构变形全时全域在线监测系统。由于节点间传感光缆交叉布设，实现差动式检测，消除了共模因素影响，对温度和其他方向位移均不敏感，有效地提高了系统的稳定性和可靠性。该系统结构简单、便于安装，因此具备大规模工程化条件。

主权项：1.一种大型工程结构变形全时全域在线监测方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，安装张紧装置：1将开口金属管穿到光缆上备用；2将底板的槽孔与被测工程结构连接；3通过螺栓将光缆夹块的导向槽孔与底板的螺纹孔连接，此时，螺栓不拧紧；4将光缆上的开口金属管移动到光缆夹块的两端的对应位置，通过螺栓连接夹紧套在光缆上的开口金属管，进而使得开口金属管压缩变形，起到夹紧光缆的作用；5拧动底板上的凸台与光缆夹块之间的螺栓，即拉动光缆夹块，使光缆张紧；6当光缆达到预拉指标时，拧紧底板与光缆夹块的槽孔之间的螺栓，锁死光缆夹块；第二步，在被测结构上设置若干固定点，将光纤光栅阵列光缆固定在被测工程结构上，固定点间光缆交叉布设，通过传感光缆接入到光纤光栅阵列传感解调仪表中，检测光纤光栅阵列中每个光栅的波长变化；利用上位机软件实时解析仪表波长数据，再依据阵列光栅波长变化与结构间相对位移的映射关系，得到结构变形量，从而实现大型工程结构变形量的全时、全域监测；第二步中对大型工程结构变形量的全时、全域监测包括如下步骤：将固定点作为视作监测节点，取第i和第i+1个节点间光缆作为分析对象，令第i和第i+1个节间距为li，交叉的高度为h，则交叉的2段光缆长度为： 当第i+1个节点相对第i个节点的位移量为Δx时，则2段光缆长度变化为： 相应的应变量为： 则应变差公式进一步化简得两根光纤光栅l1i和l2i的差应变为 化简得 考虑光纤光栅布设的实际情况，节点i+1的变形量Δx极小，因此可以假设节点变形量Δx远远小于光纤光栅的布设高度h，即Δx＜＜h化简得 依据光纤光栅应变和波长关系公式，则上式变为： 上式中k为光纤光栅应变灵敏度系数，通过检测光纤光栅阵列波长的变化，即可实现节点间相对变形量的检测，光纤光栅应变检测精度可达pm级，通过调整h和li的大小实现高精度变形量检测；依据上述结果，第i节点的位置为： 第i节点绝对变形量大小为： 在光纤光栅阵列监测范围内，间隔选取节点使其绝对变形量固定，作为参考节点，通过上式即可实现阵列光纤光栅监测全域范围内各节点的绝对变形量；光纤光栅解调仪表实时扫描光纤光栅阵列传感器各光纤光栅的中心波长，并将波长数据通过通信接口传送至数据处理单元，利用波长和变形量的映射关系，实现阵列光纤光栅监测全域范围变形量的实时监测。

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