[发明专利]一种基于光纤传感的结构变形测量装置及方法

说明书

本申请提供了一种基于光纤传感的结构变形测量装置及方法。本申请将结构变形作为测量指标，采用光纤传感技术，结合所提出的弦测装置及测量方法，通过实时采集光纤应变数据，处理得到按弦长计算的结构变形数值和位置，并可根据管理阈值进行预警和报警，实现结构变形在线监测。在本申请中所采用的传感光纤，兼具传感、信息传输功能，且光纤本身无需供电，尤其适应于长距离条状分布的铁路、轨道交通、矿山巷道、地下管廊和大坝等领域使用。

【技术领域】

本申请涉及结构变形监测技术领域，具体涉及一种基于光纤传感的结构变形测量装置及方法。

【背景技术】

结构变形监测是结构健康监测的重要内容。目前结构变形监测中常用的技术手段包括全站仪、位移计、GNSS等监测方式。对于大型结构物或铁路线路、矿山巷道等条状设施，上述传统测量方式，需要安装大量的传感器，并相应配套电力电缆和信号电缆，设备众多、造价不菲、维护工作量大。

针对此类应用，国内外学者研究开发了光纤传感测量技术，将特制的光纤安装在结构物上使光纤与结构物共同变形，通过测量光纤的应变来反应结构物的应变，并进而推算结构的变形。此技术中，光纤既是传感元件又是信息传输通道，而且光纤本身无需供电，因此安装简洁、配套工程量显著减少。另外，由于传感光纤自身价格较低，在长距离、大范围的应用中，其经济性优势也很显著。

在采用光纤进行结构变形监测中，主要是将应变换算为挠度来反应结构的变形。在铁路或大坝等领域中，由于其对结构高平顺性的要求，其允许的横垂向变形很小(10米范围内，监测精度优于3mm)，此时结构或光纤的应变值也非常小，接近于10με，此时已经难以识别变形信号。

针对此类工况，本发明专利提出了新的检测装置和方法，在结构发生同样变形情况下可以显著提升光纤的应变信号；同时，还可以实现对温度进行补偿，从而准确识别结构变形，及时报警结构可能发生的病害。

【发明内容】

本申请提供一种基于光纤传感的结构变形测量装置及方法，该方案可应用于结构变形测量中，通过将结构变形作为测量指标，采用光纤传感技术，结合特殊设计的机械结构，实时采集传感光纤的应变数据，将采集的数据进行分析处理，并解算得到结构变形的数值和位置，实现结构变形在线监测。

本申请所采用的技术方案如下：

一种基于光纤传感的结构变形测量装置，该结构变形测量装置包括传感光纤、弦测装置、光纤解调仪、处理计算机；

所述传感光纤被划分为多个测量段和过渡段，测量段光纤为预拉紧状态，过渡段光纤为松弛状态。

所述弦测装置在被测结构物上连续安装，所述弦测装置内部连续布设传感光纤，传感光纤作为传感元件通过引出连接光缆接入光纤解调仪，并将采集到的测量信息输出至所述处理计算机；

所述处理计算机从所述光纤解调仪接收测量信息，并对所述测量信息进行解算处理，将解算处理结果通过网络上传；

进一步的，所述弦测装置在结构物上连续安装，具体包括：

连续并排安装两组所述弦测装置，包括第一组弦测装置和第二组弦测装置，所述第一组弦测装置与所述第二组弦测装置并排且中点错位设置。

进一步的，所述弦测装置包括刚性横梁、光纤锚固件、连接线、连接件、转向装置、紧固件。

进一步的，传感光纤设置在所述刚性横梁的内部并沿纵向连续布设；选取一定长度的传感光纤作为光纤位移测量段，其一端通过所述光纤锚固件在靠近所述刚性横梁端部位置与所述刚性横梁相固定，另一端通过连接件将其与连接线固定，连接线经转向装置从所述刚性横梁的中部位置引出，并与紧固件组装锚固于被测结构物上。