[发明专利]一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统

说明书

本发明公开的一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统，包括分布式光纤传感器，高强预应力螺纹钢棒，液压加载装置，加载横梁，反力地板及控制系统；分布式光纤传感器贯穿在高强预应力螺纹钢棒的中心处，高强预应力螺纹钢棒由螺母及高强垫片锚固在加载横梁与反力地板之间；液压加载装置设置在高强垫片与加载横梁之间；分布式光纤传感器与光纤调制解调模块、数据分析模块、控制模块及液压加载装置连接，结构试件设置在加载横梁与反力地板之间；控制系统控制液压加载装置，通过高强预应力螺纹钢棒的轴向拉力，对结构试件施加轴向压力。本发明结构合理、受力路径明确，具有测量精度高、线性度好、抗电磁干扰能力极强、耐腐蚀性好等优点。

技术领域

本发明涉及结构试验测试领域，尤其涉及一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统。

背景技术

在结构工程中，结构构件（如柱、剪力墙等）的轴压比是一项关键技术指标，对于结构设计具有重要意义，结构构件的轴压比对于结构的抗震能力具有重要影响，而影响结构构件轴压比的一个关键技术参数就是轴压力。现阶段在结构试验领域中，对于结构试件的轴压力的施加通常是通过反力刚架，利用液压千斤顶进行加载，而加载轴压力的监测通常是在结构试件与液压千斤顶，或者反力刚架与千斤顶之间安装压力传感器。但是由于实际中的压力传感器体积大，重量大，灵敏度低，造成在实际试验过程中安装困难，轴力测量不精确，并且轴压力控制不稳定，进而影响试验结果，甚至对结构设计产生影响。因此有必要研究一种高精度智能轴力加载装置。

光纤传感技术灵敏度高、线性度好、抗电磁干扰能力极强、耐腐蚀性好、传输距离远、良好的长期工作稳定性等优点，近年来已经在航空航天、医疗、建筑结构、桥梁监测等领域中取得成功应用。

为了实现结构试件轴压力的高精度智能加载，提出了一种基于分布式光纤应变传感测量分析技术和反馈控制原理的智能轴力加载装置，实现试件轴压力的智能加载。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，本发明提供一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统，结构形式合理，受力路径明确，利用光纤的背向瑞利散射的光谱响应，即可获得光纤的应变，进而即可获得预应力高强螺纹钢棒的应变，然后通过材料力学原理即可获得预应力高强螺纹钢棒的轴向拉力；将实测的预应力高强螺纹钢棒的轴向拉力与目标轴力进行比较，然后通过反馈控制系统即可实现预应力高强螺纹钢棒的轴向拉力的自适应调节，进而实现试件轴压力的智能加载。

本发明的技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供的一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统，包括分布式光纤传感器，高强预应力螺纹钢棒，液压加载装置，加载横梁，反力地板及控制系统；所述分布式光纤贯穿在高强预应力螺纹钢棒的中心处，高强预应力螺纹钢棒由螺母锚固在加载横梁与反力地板之间；所述液压加载装置设置在高强垫片与加载横梁之间；所述分布式光纤传感器与光纤调制解调模块、数据分析模块、控制模块及液压加载装置连接，结构试件设置在加载横梁与反力地板之间；所述控制系统控制液压加载装置，通过分布式光纤测量高强预应力螺纹钢棒的轴向拉应变确定其轴向拉力，通过高强预应力螺纹钢棒的轴向拉力，对结构试件施加轴向压力。

本申请中，基于分布式光纤应变测量装置，可以测得高强预应力螺纹钢棒全长的轴向拉应变分布，通过高强预应力螺纹钢棒的轴向拉应变分布即可确定预应力高强螺纹钢棒所受的轴向拉力。通过光纤传感技术实时监测、反馈高强预应力螺纹钢棒的轴向拉力，并对目标轴力与实测轴力进行实时比较，通过控制模块，实现对液压加载装置的实时控制，进而实现试件轴力加载的自适应调节。

进一步地，所述高强预应力螺纹钢棒的杆轴横截面中心位置设置一贯通孔，分布式光纤粘贴在高强预应力螺纹钢棒的贯通孔内。本发明将分布式光纤布设于高强预应力螺纹钢棒的轴心，这样可以更好的保护传感器，免受外界的干扰，以提高监测的准确性。