[发明专利]智能拉索、智能拉索制备方法以及智能拉索安全状态检测方法

权利要求书

1.一种基于多芯光纤感知的智能拉索，包括护套和设于护套内的拉筋，其特征在于：所述护套内的至少一根拉筋替换为纤维增强光纤拉筋，所述纤维增强光纤拉筋包括多芯光纤和包裹在多芯光纤周围的纤维增强塑料筋。

2.如权利要求1所述的智能拉索，其特征在于：所述拉筋为拉筋。

3.如权利要求1所述的智能拉索，其特征在于：所述纤维增强塑料筋碳纤维增强塑料筋、玻璃纤维增强塑料筋、芳纶纤维增强材料及混杂增强塑料筋中的任意一种或几种组合。

4.如权利要求1所述的智能拉索，其特征在于：所述多芯光纤的纤芯数为七，以实现温度、应力、振动以及振动位置的区分测量，且在纤维增强光纤拉筋截面上组成具有几何稳定性的正六边形。

5.如权利要求1至4任意一项所述的智能拉索，其特征在于：所述智能拉索两端设有锚头，多芯光纤两端从锚头上预留孔引出。

6.一种纤维增强光纤拉筋，其特征在于：包括多芯光纤和包裹在多芯光纤周围的纤维增强塑料筋，多芯光纤沿纤维增强塑料筋长度方向置入筋中心位置，通过拉挤成型工艺制成所述纤维增强光纤拉筋。

7.一种基于多芯光纤感知的智能拉索制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、纤维增强光纤拉筋制备，在纤维增强塑料筋的制备过程中，计算出口光缆的最小长度，将相应长度的多芯光纤沿纤维增强塑料筋的长度方向埋入其中间位置，采用热挤法制成纤维增强光纤拉筋；

步骤2、将拉筋与纤维增强光纤拉筋等长粗下料；

步骤3、纤维增强光纤拉筋与拉筋同时放入排丝架，组合编制成拉索；

步骤4、将编制好的拉索加上护套，形成智能拉索。

8.如权利要求7所述的智能拉索制备方法，其特征在于：步骤4中，在拉索上通过热挤法加上热塑性塑料制成的护套。

9.一种利用权利要求4所述的智能拉索安全状态检测方法，其特征在于：所述多芯光纤包括分布式振动光纤和高灵敏度振动光纤，利用分布式振动光纤和高灵敏度振动光纤的测量结果可准确评价智能拉索的受力状态与安全度，具体方法如下：

采集得到智能拉索在外部激励作用下的振动信号，将振动信号进行频谱分析得到智能拉索的自振频率，然后根据频率-索力的关系来确定索力，频率-索力关系通过下式确定：

k²[2αβ(1-cosαL coshβL)+(α²-β²)sinαL sinhβL]

+2kEI(α³cosαL sinhβL-α²βsinαL coshβL+αβ²cosαL sinhβL

-β³sinαL coshβL)-(EI)²(α²+β²)²sinαL sinhβL＝0

其中：

式中，k表示智能拉索的转角约束刚度，当智能拉索的约束条件为简支时，k＝0，当智能拉索的约束条件为固支时，k→∞；L表示智能拉索的长度，T表示智能拉索的索力，EI表示智能拉索的抗弯强度，m表示智能拉索单位长度质量，ω表示智能拉索的自振频率，α、β与下方ζ、Y为中间参数；

引进无量纲参量校验系数来进行比较，

正常使用情况下，校验系数接近于0，并且越接近越安全；当校验系数小于0时，认为智能拉索的索力损失，拉索刚度下降。

10.如权利要求9所述的智能拉索安全状态检测方法，其特征在于：所述多芯光纤还包括一对分布式应变光纤和一对点式应变光纤，利用分布式应变光纤、点式应变光纤监测桥梁的外部作用，包括车辆荷载、风荷载以及极端天气，光纤材料的弹光系数ρ_a已知，测量得到光纤反射波长变化量Δλ_B，由纤芯中心波长λ_B和应变ε的关系式可得到纤芯应变ε：

通过多维度采集智能拉索在役状态下的数据，同步获取拉索的实时力学结构特性和复杂的外部环境状态，建立完整的拉索健康监测系统，实现对拉索结构的评估与预警。