混凝土壩應力應變多模塊互校正式光纖監測裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種混凝土壩應力應變多模塊互校正式光纖監測裝置，包括復合材料平槽模塊和端口固纖模塊，復合材料平槽模塊和端口固纖模塊之間在安裝管內部形成真空腔，傳感光纖依次穿過復合材料平槽模塊、真空腔和端口固纖模塊，安裝管位于去溫底臺上。本發明構建了溫度補償用復合材料平槽模塊，提出了無溫度干擾的真空腔監測，研制了多模塊互校正的傳感光纖監測裝置，其通過多層級的互校正，達到了高效去溫度干擾的效果，可為真實監測實際結構的應力應變性態提供重要的保障。
【專利說明】
混凝土壩應力應變多模塊互校正式光纖監測裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種混凝土壩應力應變多模塊互校正式光纖監測裝置，屬于水利工程安全監測領域。
【背景技術】
[0002]對混凝土壩進行應力應變監測，是水利工程中很重要的一項工作。光纖傳感技術是近幾十年所發展起來的一種新型的傳感技術，它以光波為傳感信號，以光纖為傳輸載體，感知和探測外界被測信號，在傳感方式、傳感原理以及信號的探測與處理等方面都具有傳統電學傳感器所沒有的優勢，與傳統的傳感元件相比，光纖傳感技術具有抗電磁干擾、抗化學腐蝕、抗輻射性能好、且本身不帶電、體積小、質量輕、容易彎曲等優勢，所以混凝土壩的應力應變監測中經常采用光纖傳感技術。
[0003]當傳感光纖在受到外界應力、溫度等環境因素作用時，光纖中傳輸的光波極容易受到這些外在場或者量的調制，進而會發生光波表征參量的變化，比如光強度、相位、頻率、偏振態等的變化，通過監測這些信息的變化可以獲取外界被測參量的信息，但是這也給傳感光纖的監測帶來了巨大困擾。因為若通過光纖光波表征參量的變化無法確定外界是何種因素進行的干擾和影響，那就不能很好地對各個環境因素進行單一的分析，亦無法辨識各影響因素所占的比重，也不能很好地有針對性地進行評估，因此，需要考慮建立一種事前濾去某些外部因素的監測設備。
[0004]最常見的即為應力與溫度的互干擾影響，在很多情況下僅需考慮單一應力情況，但實際中溫度影響多極為明顯。當前諸多去溫度干擾或溫度補償的手段極為不準確，且沒有較為合理的方案，方法過于粗簡，因此，研制一種可高精度監測混凝土壩的應力應變裝置顯得極為重要。
[0005]在實際工作環境下單純獲取結構體的應力應變數值時，較難避免結構體外界與內部溫度的影響。對于待測結構體而言，外界多復雜因素的干擾導致待測結構體表征出多種復雜的外部信息，且該外部信息為待測結構體內部信息的融合體，根據所提取出來的外部信息，即使使用了很多先進的數據優化算法，亦較難準確地分離與辨識內隱在結構體內反映結構體的各種信息，這就需要從監測裝置出發，研究一種可以去除某些干擾因素的監測混凝土壩的應力應變設備。
【發明內容】
[0006]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種混凝土壩應力應變多模塊互校正式光纖監測裝置，從監測層面上去除溫度干擾影響，監測精度高。
[0007]技術方案:為實現上述目的，本發明的一種混凝土壩應力應變多模塊互校正式光纖監測裝置，包括安裝管、固定安裝于安裝管內部的復合材料平槽模塊和端口固纖模塊，所述的復合材料平槽模塊和端口固纖模塊之間在安裝管內部形成真空腔，真空腔外部設置有抽真空裝置，傳感光纖依次穿過復合材料平槽模塊、真空腔和端口固纖模塊，所述安裝管位于去溫底臺上；
[0008]所述復合材料平槽模塊包括特種復合材料制成的圓柱體，圓柱體中心設有傳感光纖穿過的通孔，在圓柱體頂部設有壓蓋，圓柱體底部設有蓋板，蓋板通過膠水固定在安裝管內，壓蓋中心設有對凹形注膠槽；
[0009]真空腔與位于安裝管外的抽真空裝置連接；
[0010]所述端口固纖模塊包括彈性塞體、下蓋板、左壓板和右壓板，所述左壓板和右壓板的下端分別設置有左球壓體和右球壓體，所述左壓板和右壓板的上端分別與下蓋板邊緣鉸接，左壓板和右壓板的中間部分分別和下蓋板的中間部分通過左彈簧和右彈簧連接，左壓板、右壓板、左球壓體、右球壓體和下蓋板形成端口空腔，傳感光纖依次穿過蓋板、真空腔、彈性塞體和端口空腔。
[0011 ]進一步的，所述真空腔管道上安裝有真空度傳感器，所述抽真空裝置包括真空栗和氣閥，真空腔通過管道與所述氣閥連接，氣閥上安裝有所述真空栗，所述真空度傳感器和所述真空栗連接。
[0012]進一步的，所述圓柱體的熱膨脹系數和圓柱體中傳感光纖的熱膨脹系數之差與該對應段傳感光纖應變值的乘積的數值不超過I.03倍該對應段傳感光纖的溫度系數數值。
[0013]有益效果:本發明的一種混凝土壩應力應變多模塊互校正式光纖監測裝置，突破傳統意義上去溫度干擾的思路，融合構建了溫度補償用復合材料平槽模塊和真空條件下對傳感光纖進行監測，研制了基于多模塊互校正去溫度干擾技術的傳感光纖監測裝置，其從監測層面上去除傳感光纖溫度干擾的影響，可較為真實地反映待測混凝土壩體內部應力應變性態，且結構簡單、布設方便、操作靈活，極大提升了分布式傳感光纖技術在實際工程中的應用和推廣能力，具有極高的實際工程應用價值。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的主視圖；
[0015]圖2為圖1的剖視圖。
[0016]其中:200-左彈簧、201-右彈簧、202-左壓板、203-右壓板、204-左球壓體、205-右球壓體、206-傳感光纖、207-端口空腔、208-下蓋板、209-彈性塞體、210-右連接卡槽、214-氣閥、215-真空栗、216-真空腔、217-蓋板、218-壓蓋、219-圓柱體、220-對凹形注膠槽、221-左連接卡槽、222-卡槽固定栓，223-去溫底臺。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0018]如圖1和圖2所示，本發明的一種混凝土壩應力應變多模塊互校正式光纖監測裝置，包括安裝管、固定安裝于安裝管內部的復合材料平槽模塊和端口固纖模塊，所述的復合材料平槽模塊和端口固纖模塊之間在安裝管內部形成真空腔216，真空腔216外部設置有抽真空裝置。傳感光纖206依次穿過復合材料平槽模塊、真空腔216和端口固纖模塊，所述安裝管位于去溫底臺223上。
[0019]真空腔216與安裝管外的抽真空裝置連接，抽真空裝置包含真空栗215和氣閥214，真空腔216通過管道與氣閥214連接，氣閥214上安裝有真空栗215，所述管道上安裝有真空度傳感器。真空度傳感器和真空栗215連接，通過真空度傳感器檢測真空腔216內的真空度，當真空腔216內的真空度達到要求時，真空栗215停止工作，關閉氣閥214。
[0020]所述復合材料平槽模塊包括特種復合材料制成的圓柱體，圓柱體中心設有傳感光纖206穿過的通孔，在圓柱體頂部設有壓蓋218，圓柱體底部設有蓋板217，蓋板217通過膠水固定在安裝管內，壓蓋218中心設有對凹形注膠槽220 ；
[0021]所述端口固纖模塊包括彈性塞體209、下蓋板208、左壓板202和右壓板203，所述左壓板202和右壓板203的下端分別設置有均為硬質材料結構體的左球壓體204和右球壓體205，所述左壓板202和右壓板203的上端分別與下蓋板208邊緣鉸接，左壓板202和右壓板203的中間部分分別和下蓋板208的中間部分通過左彈簧200和右彈簧201連接，在彈簧的作用力下左球壓體204和右球壓體205將傳感光釬206壓緊，左壓板202、右壓板203、左球壓體204、右球壓體205和下蓋板208形成端口空腔207，傳感光纖206依次穿過蓋板217、真空腔216、彈性塞體209和端口空腔207。
[0022]復合材料平槽模塊通過去溫底臺223與端口固纖模塊相連接，相鄰的兩個混凝土壩應力應變多模塊互校正式光纖監測裝置通過左連接卡槽221、右連接卡槽210和卡槽固定栓222進行連接。
[0023]復合材料平槽模塊中特種復合材料制成的圓柱體219的材質取為特種性能樹脂基復合材料，在特種性能樹脂基復合材料材質的圓柱體219的末端布設有圓弧形的對凹形注膠槽220，在本實例中，安裝管中內嵌有特種性能樹脂基復合材料的特種復合材料219，且規定特種性能樹脂基復合材料的熱膨脹系數與特種性能樹脂基復合材料中GJJV型號緊套傳感光纖206的熱膨脹系數之差與該對應段GJJV型號緊套傳感光纖206應變值的乘積等于該對應段GJJV型號緊套傳感光纖206的溫度系數。
[0024]一種如上述的混凝土壩應力應變多模塊互校正式光纖監測裝置的使用方法，包括以下步驟:
[0025](I)確定裝置的個數及傳感光纖的長度
[0026]本水工混凝土建筑表面待監測的區域為10mX10m的平面區域，本裝置的使用狀態如圖1所示，在平面區域平躺放置，計劃使用500m長的傳感光纖，且基于當時結構體以前的監測情況以及施工狀態，將確定在500m的傳感光纖中使用10個本裝置，為了更好地描述本裝置的運行細節，優先選用其中一個裝置進行細致論述；
[0027 ] (2)配置裝置中各個模塊
[0028]首先，根據本發明裝置的基本結構，將復合材料平槽模塊、端口固纖模塊進行裝配，并且準備一定數量的GJJV型號緊套傳感光纖206，基本配置原則是先端口固纖模塊，其次真空腔，后復合材料平槽模塊，而對于每一個模塊而言，主要采用從下到上，從左到右的原則進行配置；
[0029 ] (3)穿引傳感光纖且進行初始固定
[0030]將GJ JV型號緊套傳感光纖206依次通過端口固纖模塊、真空腔、復合材料平槽模塊中的各個部件，通過左球壓體204和右球壓體205將G J JV型號緊套傳感光纖206固定到端口空腔207中；
[0031 ] (4)獲取第一次無溫度干擾傳感光纖監測數值
[0032]通過膠水將蓋板固定在安裝管內，并在蓋板上傳感光纖穿過的孔內注入膠水，形成密閉的空腔，此時該真空腔段GJJV型號緊套傳感光纖206處于外界無溫度干擾的狀態，將其記錄為其第一次無溫度干擾傳感光纖監測應變數值；
[0033](5)獲取第二次無溫度干擾傳感光纖監測數值
[0034]安裝管中的特種性能樹脂基復合材料制成的圓柱體219的熱膨脹系數與特種性能樹脂基復合材料的圓柱體219中GJJV型號緊套傳感光纖206的熱膨脹系數之差與該對應段GJJV型號緊套傳感光纖206應變值的乘積等于該對應段GJJV型號緊套傳感光纖206的溫度系數，并在圓弧形的對凹形注膠槽中注入快凝膠水，使得真空腔216為全真空或者準真空狀態，且通過該處的GJJV型號緊套傳感光纖206也被固定，此時該圓柱體219的GJJV型號緊套傳感光纖206所獲取的外界荷載所產生的應變數值為去溫度影響之后的數值，將其記錄為其第二次無溫度干擾傳感光纖監測應變數值；
[0035](6)獲取最終無溫度干擾傳感光纖監測數值
[0036]求取真空腔與圓柱體219的傳感光纖所監測到外界荷載所產生的應變數值平均值，不斷的重復第⑷步與第(5)步密封其它本裝置，真空腔216與圓柱體219的GJJV型號緊套傳感光纖206所監測到外界荷載所產生的應變數值平均值的結果符合正態分布的規律，將處于最大概率所對應的數值，作為最終監測結果。
[0037]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種混凝土壩應力應變多模塊互校正式光纖監測裝置，其特征在于:包括安裝管、固定安裝于安裝管內部的復合材料平槽模塊和端口固纖模塊，所述的復合材料平槽模塊和端口固纖模塊之間在安裝管內部形成真空腔(216)，真空腔(216)外部設置有抽真空裝置，傳感光纖(206)依次穿過復合材料平槽模塊、真空腔(216)和端口固纖模塊，所述安裝管位于去溫底臺(223)上； 所述復合材料平槽模塊包括特種復合材料制成的圓柱體(219)，圓柱體(219)中心設有傳感光纖(206)穿過的通孔，在圓柱體(219)頂部設有壓蓋(218)，圓柱體(219)底部設有蓋板(217)，蓋板(217)通過膠水固定在安裝管內，壓蓋(218)中心設有對凹形注膠槽(220); 真空腔(216)與位于安裝管外的抽真空裝置連接； 所述端口固纖模塊包括彈性塞體(209)、下蓋板(208)、左壓板(202)和右壓板(203)，所述左壓板(202)和右壓板(203)的下端分別設置有左球壓體(204)和右球壓體(205)，所述左壓板(202)和右壓板(203)的上端分別與下蓋板(208)邊緣鉸接，左壓板(202)和右壓板(203)的中間部分分別和下蓋板(208)的中間部分通過左彈簧(200)和右彈簧(201)連接，左壓板(202)、右壓板(203)、左球壓體(204)、右球壓體(205)和下蓋板(208)形成端口空腔(207)，傳感光纖(206)依次穿過蓋板(217)、真空腔(216)、彈性塞體(209)和端口空腔(207)。2.根據權利要求1所述的一種混凝土壩應力應變多模塊互校正式光纖監測裝置，其特征在于:所述真空腔(216)管道上安裝有真空度傳感器，所述抽真空裝置包括真空栗(215)和氣閥(214)，真空腔(216)通過管道與所述氣閥(214)連接，氣閥(214)上安裝有真空栗(215)，所述真空度傳感器和所述真空栗(215)連接。3.根據權利要求1所述的一種混凝土壩應力應變多模塊互校正式光纖監測裝置，其特征在于:所述圓柱體(219)的熱膨脹系數和圓柱體(219)中傳感光纖(206)的熱膨脹系數之差與該對應段傳感光纖(206)應變值的乘積的數值不超過1.03倍該對應段傳感光纖(206)的溫度系數數值。
【文檔編號】G01B11/16GK106017755SQ201610458038
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月22日
【發明人】蘇懷智, 顧沖時, 楊孟, 駱鴻, 劉何稚
【申請人】河海大學