基樁樁身三維應(yīng)變和力參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種基粧粧身三維應(yīng)變和力參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，尤其是一種基于分布 式光纖傳感技術(shù)基粧粧身三維應(yīng)變和力參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)。適用于巖土工程檢測、監(jiān)測技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 許多工程結(jié)構(gòu)修建于復(fù)雜環(huán)境中，或結(jié)構(gòu)體系本身十分復(fù)雜，這些復(fù)雜性均有可 能引起結(jié)構(gòu)上作用力和力矩等荷載，如海上采油平臺(tái)、海上橋梁粧基、大型輸電塔、超高層 建筑物及交通信號(hào)塔等高聳建構(gòu)筑物，這些結(jié)構(gòu)上傳來的荷載一般最終由群粧承擔(dān)并傳遞 給地基?，F(xiàn)有的基粧外部荷載監(jiān)測大多集中在粧身軸力的測試，很少對(duì)粧身的水平力和力 矩進(jìn)行監(jiān)測。
[0003] 隨著光纖傳感解調(diào)技術(shù)（布里淵解調(diào)技術(shù)BOTDA/BOTDR)的不斷發(fā)展，一根傳感光 纖既能感應(yīng)應(yīng)變又能傳輸信號(hào)，形成分布式應(yīng)變傳感器?；诓祭餃Y散射的分布式光纖傳 感技術(shù)，具有耐久性好、無零點(diǎn)漂移、不帶電工作、抗電磁干擾、傳輸帶寬大等突出優(yōu)點(diǎn)，可 以實(shí)現(xiàn)對(duì)待測參數(shù)的分布式測量，目前在土木、水利、電力、交通、石化、海洋等領(lǐng)域推廣運(yùn) 用，但基于分布式光纖傳感技術(shù)監(jiān)測基粧承受力和力矩的方法與系統(tǒng)尚未見到。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是：提供一種基粧粧身三維應(yīng)變和力參數(shù)監(jiān)測系 統(tǒng)，以監(jiān)測基粧的粧身軸力、水平力、彎矩、扭矩的量值及其分布規(guī)律。
[0005] 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種基粧粧身三維應(yīng)變和力參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，其 特征在于：沿粧身表面埋設(shè)9根傳感光纖，傳感光纖分成三組，每組3根；
[0006] 第一組傳感光纖為軸向光纖，3根傳感光纖均沿粧身軸向布置；第二組傳感光纖 為S型光纖，3根傳感光纖均逆時(shí)針繞于粧身上，從粧身一端均勻繞向另一端；第三組傳感 光纖為反S型光纖，3根傳感光纖均順時(shí)針繞于粧身上，從粧身一端均勻繞向另一端；
[0007] 所述軸向光纖與S型光纖、反S型光纖均具有若干相交點(diǎn)，且每根軸向光纖上與 S型光纖的相交點(diǎn)和與反S型光纖的相交點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)重合形成測試點(diǎn)，每個(gè)測試點(diǎn)所在 粧身橫截面的邊緣共有三個(gè)測試點(diǎn)；所述S型光纖、反S型光纖與軸向光纖的夾角為Θ， 0° < Θ <90 ；
[0008] 9根傳感光纖頭尾相連形成1根光纖，所形成的光纖兩端與布里淵解調(diào)儀相連。 [0009] 3根軸向光纖均勻布置于粧身表面，3根S型光纖分別以粧身下端面邊緣、相鄰兩 根軸向光纖的中心點(diǎn)為起點(diǎn)繞于粧身上，3根反S型光纖分別以粧身下端面邊緣、相鄰兩根 軸向光纖的中心點(diǎn)為起點(diǎn)繞于粧身上。
[0010] 本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型提出了基于分布式光纖傳感技術(shù)基粧三維 應(yīng)變和力參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，通過沿粧身表面埋設(shè)9根傳感光纖，軸向光線、S型光線和反S型 光線交于一點(diǎn)，形成測試點(diǎn)，且三個(gè)測試點(diǎn)共截面，采用布里淵解調(diào)技術(shù)（BOTDR/BOTDA)同 時(shí)監(jiān)測9根傳感光纖的線應(yīng)變變化，測得的應(yīng)變變化量，根據(jù)三向應(yīng)變花計(jì)算原理，分析各 交匯點(diǎn)的軸向應(yīng)變、剪應(yīng)變和切應(yīng)變，根據(jù)基粧的材料參數(shù)，計(jì)算基粧的粧身軸力、水平力、 彎矩、扭矩的量值及其分布規(guī)律。
[0011] 本實(shí)用新型建立了一套包括分布式傳感光纖、BOTDR/BOTDA和數(shù)據(jù)處理三部分組 成的量測系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測基粧在復(fù)雜荷載作用下各截面的應(yīng)變量，計(jì)算和分析基粧的 受力性狀等。
【附圖說明】
[0012] 圖1為實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖2為實(shí)施例中基粧的端面示意圖。
[0014] 圖3為實(shí)施例中傳感光纖布置基粧側(cè)面展開圖。
[0015] 圖4、圖5為實(shí)施例中三向應(yīng)變花計(jì)算原理示意圖。
[0016] 圖6為本實(shí)施例中具有測試點(diǎn)的橫截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本實(shí)施例為一種基粧粧身三維應(yīng)變和力參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，沿粧身3表面埋設(shè)9根傳 感光纖，其中傳感光纖分成三組，每組3根：第一組傳感光纖為軸向光纖11，3根傳感光纖均 沿粧身3軸向布置；第二組傳感光纖為S型光纖12, 3根傳感光纖均逆時(shí)針繞于粧身3上， 從粧身一端均勻繞向另一端；第三組傳感光纖為反S型光纖13, 3根傳感光纖均順時(shí)針繞于 粧身上，從粧身一端均勻繞向另一端。軸向光纖與S型光纖和反S型光纖均具有若干相交 點(diǎn)，并且每根軸向光纖上與S型光纖的相交點(diǎn)和與反S型光纖的相交點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)重合形成 測試點(diǎn)，每個(gè)測試點(diǎn)所在粧身橫截面的邊緣共有三個(gè)測試點(diǎn)14。本例中S型光纖、反S型光 纖與軸向光纖的夾角均為θ，〇°〈 Θ〈90。
[0018] 如圖1~圖3所示，本例中傳感光纖具體的布置方式為3根軸向光纖均勻布置于 粧身表面，3根S型光纖分別以粧身下端面邊緣、相鄰兩軸向光纖的中心點(diǎn)為起點(diǎn)繞于粧身 上，3根反S型光纖分別以粧身下端面邊緣、相鄰兩軸向光纖的中心點(diǎn)為起點(diǎn)繞于粧身上。 由于軸向光纖均勻布置于粧身上，S型光纖和反S型光纖起點(diǎn)均為粧身下端面邊緣、相鄰兩 軸向光纖的中心點(diǎn)，并且S型光纖和反S型光纖與軸向光纖夾角相同，從而保證軸向光纖上 與S型光纖的相交點(diǎn)和與反S型光纖的相交點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)重合。
[0019] 本實(shí)施例中9根傳感光纖頭尾相連形成1根光纖，所形成的光纖兩端與布里淵解 調(diào)儀相連，該布里淵解調(diào)儀為市購產(chǎn)品，其性能、構(gòu)造、用途等此處不作介紹。
[0020] 以下詳細(xì)描述應(yīng)用本實(shí)施例基粧粧身三維應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行粧身三維應(yīng)變和力 參數(shù)量測的方法：
[0021] (1)布里淵解調(diào)技術(shù)（BOTDR/BOTDA)基本原理
[0022] BOTDR/BOTDA是在光導(dǎo)纖維及光纖通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種以光為載 體、光纖為媒介，感知和傳輸外界信號(hào)的新型傳感技術(shù)。它的工作原理是分別從光纖兩端注 入脈沖光和連續(xù)光，制造布里淵放大效應(yīng)（受激布里淵），根據(jù)光信號(hào)布里淵頻移與光纖溫 度和軸向應(yīng)變之間的線性變化關(guān)系，如式（1)。
[0023] Δ vB= C vt · Δ t+Cve · Δ ε (I)
[0024] 式⑴中ΛνΒ為布里淵頻移量；C vt為布里淵頻移溫度系數(shù)；C 為布里淵頻移應(yīng) 變系數(shù)；Δ t為溫度變化量；Λ ε為應(yīng)變變化量。
[0025] 溫度變化引起的布里淵頻移可通過在非測試段靜置得到的頻移進(jìn)行補(bǔ)償。
[0026] (2)三向應(yīng)變花計(jì)算原理
[0027] 如圖4、圖5所示，定義OXYZ為基粧直角坐標(biāo)系，oxyz為測試點(diǎn)的局部坐標(biāo)系，基 粧直角坐標(biāo)系中以粧身下端面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿粧身軸線向上為Z軸正向，測試點(diǎn)的局 部坐標(biāo)系中測試點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)〇, X軸沿基粧截面方向，y軸沿軸向光纖布置方向，其中X軸 和y軸分別與X軸和Y軸的夾角均為D，z軸和Z軸垂直。
[0028] 假設(shè)粧身截面上M點(diǎn)的X向應(yīng)變、y向應(yīng)變和剪切應(yīng)變分別為ε χ、ε y、Yxy，則 0° (軸向光纖）、Θ (反S型光纖）、-θ (S型光纖）三個(gè)方向的應(yīng)變分別為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基粧粧身三維應(yīng)變和力參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：沿粧身（3)表面埋設(shè)9根 傳感光纖，傳感光纖分成三組，每組3根； 第一組傳感光纖為軸向光纖（11)，3根傳感光纖均沿粧身（3)軸向布置；第二組傳感光 纖為S型光纖（12)，3根傳感光纖均逆時(shí)針繞于粧身（3)上，從粧身一端均勻繞向另一端； 第三組傳感光纖為反S型光纖（13)，3根傳感光纖均順時(shí)針繞于粧身（3)上，從粧身一端均 勾繞向另一端； 所述軸向光纖（11)與S型光纖（12)、反S型光纖（13)均具有若干相交點(diǎn)，且每根軸向 光纖上與S型光纖的相交點(diǎn)和與反S型光纖的相交點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)重合形成測試點(diǎn)（14)，每個(gè) 測試點(diǎn)所在粧身橫截面的邊緣共有三個(gè)測試點(diǎn)；所述S型光纖、反S型光纖與軸向光纖的夾 角為 0，0?！?0〈90 ; 9根傳感光纖頭尾相連形成1根光纖，所形成的光纖兩端與布里淵解調(diào)儀（2)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基粧粧身三維應(yīng)變和力參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：3根軸向 光纖（11)均勻布置于粧身（3)表面，3根S型光纖（12)分別以粧身（3)下端面邊緣、相鄰 兩根軸向光纖（11)的中心點(diǎn)為起點(diǎn)繞于粧身上，3根反S型光纖（13)分別以粧身下端面邊 緣、相鄰兩根軸向光纖（11)的中心點(diǎn)為起點(diǎn)繞于粧身上。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基樁樁身三維應(yīng)變和力參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)。本實(shí)用新型的目的是提供一種基樁樁身三維應(yīng)變和力參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，以監(jiān)測基樁的樁身軸力、水平力、彎矩、扭矩的量值及其分布規(guī)律。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種基樁樁身三維應(yīng)變和力參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，沿樁身表面埋設(shè)9根傳感光纖，傳感光纖分成三組，每組3根；第一組傳感光纖為軸向光纖，3根傳感光纖均沿樁身軸向布置；第二組傳感光纖為S型光纖，3根傳感光纖均逆時(shí)針繞于樁身上，從樁身一端均勻繞向另一端；第三組傳感光纖為反S型光纖，3根傳感光纖均順時(shí)針繞于樁身上，從樁身一端均勻繞向另一端。本實(shí)用新型適用于巖土工程檢測、監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
【IPC分類】E02D33-00
【公開號(hào)】CN204343345
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420813721
【發(fā)明人】陳文華, 王群敏, 彭書生, 吳勇, 鐘聰達(dá), 盧泳
【申請(qǐng)人】浙江華東工程安全技術(shù)有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2014年12月19日