[发明专利]一种基于光纤传感的大跨度管桁架结构在线健康监测系统

说明书

本发明公开了一种基于光纤传感的大跨度空间管桁架结构在线健康监测系统，包括依次连接光纤光栅传感组件、接线盒、解调模块、数据处理模块和监测终端模块。光纤光栅传感器包括光纤光栅应变传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅腐蚀传感器、光纤光栅加速度传感器和线形检测器，布设于大跨度管桁架结构上，实现大跨度空间管桁架结构的应变、振动、腐蚀、形变、温度等多状态参数的监测，并累积监测数据。本发明采用的光纤光栅传感器具有测量距离远、抗电磁干扰、信号易传输、易复用、稳定性好、测量精度和灵敏度高等优点，实用性和可靠性强。

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感领域，尤其涉及一种基于光纤光栅传感器的大跨度空间管桁架结构的多参数等在线监测系统及方法。

背景技术

钢结构管桁架,作为屋盖结构中较为新型的结构体系,适用于大型公用建筑工程。目前，国内有许多大型结构都用到了这种管桁架结构，应用最广泛的是高铁车站无站台柱雨棚，为满足大空间和独特建筑功能需求，多采用大体量、大跨度、结构体系复杂的网架、桁架、张弦等钢结构形式。

高铁客站钢结构站台雨棚不同于一般的民用建筑，由于高铁车站客流量大，其主体结构和使用期间不可更换的结构构件，均按较长年限进行耐久性设计，加上沿海地区车站还容易受氯离子腐蚀影响，结构材料在经历如此长使用周期难免产生损伤。另外，由于各种原因，高铁客站雨棚钢结构或多或少存在部分影响行车和人员安全的问题，例如2012年3月23日，京沪高铁天津南站，近600平方米的无柱雨棚屋面彩钢板被大风吹落，大部分悬挂在接触网上，致使接触网上下行跳闸，烧坏该站二道正正线接触网承力索。

由于站台雨棚属于大跨度且周边不做封闭钢结构，距离地面高度不低于10米，所以雨棚上下表面均不同程度受到较大风荷载，并且由于追求造型美观，使得风在其表面存在着分离、再附、漩涡、回流等多种复杂的三维流动现象，因此表面风荷载分布情况非常复杂。

另外，大跨度钢结构阻尼较小且自振频率较低，结构与风发生耦合振动的概率较高；同时，由于自身内部动荷载，包括设备的振动，车辆进出站的振动以及房屋内人流物流引起的振动，这些振动的频率多集中于低频区域，与结构主频、外部风振的主频非常接近，为了保证结构安全，有必要对结构关键部位进行振动监测，并设置振动幅值上限，以预警结构安全及设备正常运转。

以往的监测传感器多采用传统的电子传感器，在高铁车站这样的强电磁干扰环境下不能做到精确测量，传统的电子传感器体积大、重量大、不易安装，车站的高压环境对于电类有源传感器比较敏感，易发生火灾等危害状况，此外不能组网实时监测的缺点也制约了这类传感器的实际应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中电类有源传感器在车站强电磁干扰环境下不精确及易损坏等缺陷，提供一种基于光纤光栅传感器的大跨度空间管桁架结构的应变、振动、腐蚀、形变、温度等多参数在线监测系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种基于光纤传感器的大跨度管桁架结构在线健康监测系统，包括：

光纤光栅传感组件，分布在管桁架结构上；

接线盒，与所述光纤光栅传感组件连接；

解调模块，与所述接线盒连接，用于光纤光栅传感组件中多传感器光栅信号的解调；

数据处理模块，与所述解调模块连接，用于光栅光信号转换为电信号好并进行数字化，并对数据进行分析处理；

监测终端模块，与所述数据处理模块连接，用于最终显示光纤光栅传感器组件监测的物理量，并根据各监测物理量设定的阀值进行判断及报警提示；

其中，所述光纤光栅传感组件包括光纤光栅应变传感器、光纤光栅加速度传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅腐蚀传感器和线形检测器；