[发明专利]一种附着式拉索索力监测装置

权利要求书

1.一种附着式拉索索力监测装置，主要由抱合式变形传递器(a)、刚性定位杆(b)、复合半刚性接触装置(c)、温度自补偿光纤光栅应变传感器(d)、防护罩(e)、传输光缆(f)及光纤光栅解调仪(g)组成，其特征是：

抱合式变形传递器(a)由两组共4块半环状高强度合金钢基体构成，基体上设置与所监测目标拉索截面形状尺寸相匹配孔壁刻矩形槽的夹持孔、光纤光栅应变传感器定位安装孔、基体水平定位齿以及紧固螺栓孔，以便将测量标距上的钢索轴向变形准确传递到应变传感器上；

刚性定位杆(b)采用高碳钢制造，与光纤光栅应变传感器(d)尺寸相同，共用光纤光栅应变传感器定位安装孔，可拆卸重复使用，以便变形传递器半环基体拼装定位的准确；

复合半刚性接触装置(c)设置于变形传递器夹持孔壁与目标拉索外表面之间，同时保护拉索表面、减小拉索颈缩和松弛滑移以及提高定位器与拉索连接强度，复合半刚性接触装置(c)的复合半刚性连接包括一层半刚性金属垫片和两层高强度金属粘接剂；

温度自补偿光纤光栅应变传感器(d)安装于变形传递器基体上的光纤光栅应变传感器定位安装孔，并通过螺栓、精细焊接工艺与之牢固连接；在目标拉索两侧对称位置各设置一支温度自补偿型光纤光栅应变传感器(d)，通过平均处理消除拉索局部弯曲和截面索股受力不均造成的测量误差，同时两支温度自补偿型光纤光栅应变传感器(d)测试数据对照实现传感器故障自诊断；

防护罩(e)采用防水耐候材料制造，安装于装置外围，形成全封闭体系，对装置内部结构和传感器进行保护，以抵御环境侵蚀和偶然机械破坏；

传输光缆(f)是传感器之间以及传感器与解调仪之间的信号传输媒介，采用通用单模单芯户外铠装光缆，实现激励和传感光信号的可靠传输；

光纤光栅解调仪(g)是发射激励光信号并接收和解调传感器反馈光信号的终端设备；本装置在通用光纤光栅解调仪基础上对其进行二次开发，使其具有自动实时地将波长信号解算为拉索索力变化值，并对其进行存储和分析的功能。

2.根据权利要求1所述附着式拉索索力监测装置的安装方法，其特征是：首先将抱合式变形传递器(a)各基体半环进行预拼装，并与配套刚性定位杆(b)以螺栓牢固连接，保证基体相对位置准确；然后分别在拉索上安装位置表面和变形传递基体夹持孔壁上涂敷高强度金属粘接剂；随后将变形传递器基体随刚性定位杆一起抱合拼接于拉索上的安装位置，同时在接触面粘接剂层间植入锌铜合金(或铝合金)半刚性垫片，以配有高弹模弹簧垫圈的高强度紧固螺栓将两侧半环经内嵌螺栓孔进行对拉固定，使内外两侧接触面均与半刚性垫片发生足够机械咬合变形，且层均匀填塞接触面间空隙，形成复合半刚性接触(c)；待粘接剂充分固化达到设计强度后，拆除刚性定位杆，于变形传递器基体传感器安装孔内安装光纤光栅应变传感器(d)，使之与拉索连成一体，达到变形协调，最后安装防护罩(e)对装置内部形成有效保护；至此，本索力监测装置达到基准零状态；当拉索索力在基准零状态基础上发生变化时，拉索应变随之发生相应 的变化，拉索应变变化值由抱合式变形传递器(a)传递至光纤光栅应变传感器(d)，并得以被转换为光波长漂移信号，通过传输光缆(f)传至光纤光栅解调仪(g)解算出应变数值，进而解算出索力变化值，实现对目标索索力变化的实时监测。

3.根据权利要求1所述附着式拉索索力监测装置的索力解算方法，其特征是：根据温度自补偿光纤光栅应变传感器(d)的生产标定数据可解算出拉索应变，解算公式如下：

ε＝K(λ₁-λ₀)-B(λ_t1-λ_t0)

ε--经温度补偿修正后的应变值，即拉索应变

K--光纤光栅应变系数

λ₀--光纤光栅初始中心波长

λ₁--光纤光栅实测中心波长

B--温补光栅应变修正系数

λ_t0--温补光栅初始中心波长

λ_t0--温补光栅实测中心波长

在获得拉索应变ε的基础上，进一步结合拉索截面几何参数和材料力学参数可解算出拉索索力N，解算公式如下：

N＝R·ε·E·A

N--索力值

R--系统修订系数

ε--拉索应变

E--拉索弹性模量

A--拉索截面面积

解算出拉索索力N，实现长期连续拉索索力监测。