[发明专利]埋入式长距离光纤传感器的标定方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程健康监测领域，尤其涉及埋入式长距离光纤传感器的标定方法及装置。

背景技术

工程结构如桥梁、堤坝、隧道、管道等在其服役期间，由于环境荷载作用、材料性能劣化等不利因素的影响，不可避免地会产生承载力下降、变形超限等损伤。工程结构特别是大型结构具有损伤位置不确定的特点，同时所处环境条件复杂，传统监测手段如电阻应变片、钢弦应变计难以实现结构物全面、长期应变监测。基于布里渊频移的分布式光纤传感技术具有分布式、长距离、高精度、实时性和耐久性等特点，合理设计监测网络能实现工程结构健康状况的全面、长期、稳定、实时的应变监测。通过先期预埋微管后期气吹、灌浆技术可实现长距离传感光纤埋入安全、稳定的混凝土内部的目标。

传感光纤由传感纤芯、包层、涂覆层组成，纤芯与结构基体之间是通过剪力传递应变，各传递层之间的弹性模量差值造成纤芯感应到的应变与结构实际应变存在差异。埋入式长距离光纤传感器采用在微管内灌入水泥净浆作为粘结层固定传感光纤，剪力传递模型属于多层界面传递模型，但该模型中水泥净浆填充层的弹性模量和纤芯及基体材料的弹性模量相近，因此结构应变传递到纤芯时需考虑各中间层的弹性模量。根据理论模型可推出个传递层间的应变传递关系，但不同紧套光纤的涂覆层、包层及微管的弹性模量差异均会引起应变传递系数的不同，因此需通过标定将传感光纤测得的应变准确映射到结构基体中。

中国发明专利200410041996.7中通过等强度悬臂梁、温度补偿板、静力加载系统、动力加载系统、动静态应变参考测量系统、三点挠度测量系统及数据分析软件率定了分布式光纤传感器的参数指标。该发明需将传感光纤牢固粘贴在等强度梁表面，而埋入式长距离光纤传感器直径为16mm，无法使用该发明标定埋入式长距离光纤传感器的参数指标。

发明内容

本发明提供一种埋入式长距离光纤传感器标定方法及装置，将传感光纤测得的应变准确映射到结构基体中，实现工程结构应变的精确测量。

一种埋入式长距离光纤传感器的标定方法，包括如下步骤：

A)沿钢筋混凝土梁的长度方向中预埋受拉微管和受压微管；

所述的钢筋混凝土梁内至少设有一根为沿钢筋混凝土梁的长度方向布置的受拉钢筋，该受拉钢筋靠近钢筋混凝土梁的底面；

所述的钢筋混凝土梁内至少设有一根为沿钢筋混凝土梁的长度方向布置的受压钢筋，该受压钢筋靠近钢筋混凝土梁的顶面；

这里所述的靠近钢筋混凝土梁的底面以及靠近钢筋混凝土梁的顶面仅仅是两者的相对而言，至于其与钢筋混凝土梁的顶面及底面的绝对距离并没有严格限制。

所述的受拉微管与受拉钢筋同钢筋混凝土梁底面的距离相等，一般为25mm；

所述的受压微管与受压钢筋同钢筋混凝土梁顶面的距离相等，一般为25mm；

所述的钢筋混凝土梁一般长度至少2.5米，高度至少为300mm，宽度一般至少250mm。

B)在所述的受拉钢筋和受压钢筋表面分别粘贴电阻式应变片；

所述的受拉钢筋表面的电阻式应变片位于钢筋混凝土梁的跨中位置；

所述的受压钢筋表面的电阻式应变片位于钢筋混凝土梁的跨中位置；

C)浇筑钢筋混凝土梁后，分别向受拉微管和受压微管中穿入待标定的传感光纤，再向受拉微管和受压微管内灌入水泥浆；

所述的待标定的传感光纤位于受拉微管和受压微管的轴线部位；

所述的水泥浆的配合比为：水泥∶水∶高效减水剂(FDN型)∶缓凝剂(MNC-HH)∶膨胀剂(UEA-8)∶引气剂(MNC-AE2)＝1000g∶400g∶11g∶2g∶80g∶0.15g。

D)向钢筋混凝土梁的外表面粘贴5个电阻式应变片；所有电阻式应变片沿钢筋混凝土梁的长度方向均位于跨中位置；在钢筋混凝土梁的高度方向上所述的5个电阻式应变片分别位于钢筋混凝土梁的底面、顶面、中心、与受拉微管同高度处和与受压微管同高度处。

E)采用长度为1m～1.2m的工字钢梁作为荷载分配梁向所述的钢筋混凝土梁的跨中位置施加荷载，使钢筋混凝土梁产生1m的纯弯曲段；施加荷载时共分为6～20个荷载等级，每个加载等级持荷10分钟；

F)采集每个荷载等级下的受拉微管和受压微管中光纤的应变数据并进行温度补偿；

G)采集每个荷载等级下的所有电阻式应变片的应变数据；

H)通过最小二乘法对步骤F)和步骤G)得到的数据进行拟合，得到待标定的传感光纤的应变传递系数。

为了实现本发明的标定方法，还提供了一种埋入式长距离光纤传感器的标定装置，包括