CN106017755B - 混凝土坝应力应变多模块互校正式光纤监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土坝应力应变多模块互校正式光纤监测装置，包括复合材料平槽模块和端口固纤模块，复合材料平槽模块和端口固纤模块之间在安装管内部形成真空腔，传感光纤依次穿过复合材料平槽模块、真空腔和端口固纤模块，安装管位于去温底台上。本发明构建了温度补偿用复合材料平槽模块，提出了无温度干扰的真空腔监测，研制了多模块互校正的传感光纤监测装置，其通过多层级的互校正，达到了高效去温度干扰的效果，可为真实监测实际结构的应力应变性态提供重要的保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种混凝土坝应力应变多模块互校正式光纤监测装置，属于水利工程安全监测领域。
背景技术
对混凝土坝进行应力应变监测，是水利工程中很重要的一项工作。光纤传感技术是近几十年所发展起来的一种新型的传感技术，它以光波为传感信号，以光纤为传输载体，感知和探测外界被测信号，在传感方式、传感原理以及信号的探测与处理等方面都具有传统电学传感器所没有的优势，与传统的传感元件相比，光纤传感技术具有抗电磁干扰、抗化学腐蚀、抗辐射性能好、且本身不带电、体积小、质量轻、容易弯曲等优势，所以混凝土坝的应力应变监测中经常采用光纤传感技术。
当传感光纤在受到外界应力、温度等环境因素作用时，光纤中传输的光波极容易受到这些外在场或者量的调制，进而会发生光波表征参量的变化，比如光强度、相位、频率、偏振态等的变化，通过监测这些信息的变化可以获取外界被测参量的信息，但是这也给传感光纤的监测带来了巨大困扰。因为若通过光纤光波表征参量的变化无法确定外界是何种因素进行的干扰和影响，那就不能很好地对各个环境因素进行单一的分析，亦无法辨识各影响因素所占的比重，也不能很好地有针对性地进行评估，因此，需要考虑建立一种事前滤去某些外部因素的监测设备。
最常见的即为应力与温度的互干扰影响，在很多情况下仅需考虑单一应力情况，但实际中温度影响多极为明显。当前诸多去温度干扰或温度补偿的手段极为不准确，且没有较为合理的方案，方法过于粗简，因此，研制一种可高精度监测混凝土坝的应力应变装置显得极为重要。
在实际工作环境下单纯获取结构体的应力应变数值时，较难避免结构体外界与内部温度的影响。对于待测结构体而言，外界多复杂因素的干扰导致待测结构体表征出多种复杂的外部信息，且该外部信息为待测结构体内部信息的融合体，根据所提取出来的外部信息，即使使用了很多先进的数据优化算法，亦较难准确地分离与辨识内隐在结构体内反映结构体的各种信息，这就需要从监测装置出发，研究一种可以去除某些干扰因素的监测混凝土坝的应力应变设备。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种混凝土坝应力应变多模块互校正式光纤监测装置，从监测层面上去除温度干扰影响，监测精度高。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种混凝土坝应力应变多模块互校正式光纤监测装置，包括安装管、固定安装于安装管内部的复合材料平槽模块和端口固纤模块，所述的复合材料平槽模块和端口固纤模块之间在安装管内部形成真空腔，真空腔外部设置有抽真空装置，传感光纤依次穿过复合材料平槽模块、真空腔和端口固纤模块，所述安装管位于去温底台上；
所述复合材料平槽模块包括特种复合材料制成的圆柱体，圆柱体中心设有传感光纤穿过的通孔，在圆柱体顶部设有压盖，圆柱体底部设有盖板，盖板通过胶水固定在安装管内，压盖中心设有对凹形注胶槽；
真空腔与位于安装管外的抽真空装置连接；
所述端口固纤模块包括弹性塞体、下盖板、左压板和右压板，所述左压板和右压板的下端分别设置有左球压体和右球压体，所述左压板和右压板的上端分别与下盖板边缘铰接，左压板和右压板的中间部分分别和下盖板的中间部分通过左弹簧和右弹簧连接，左压板、右压板、左球压体、右球压体和下盖板形成端口空腔，传感光纤依次穿过盖板、真空腔、弹性塞体和端口空腔。
进一步的，所述真空腔管道上安装有真空度传感器，所述抽真空装置包括真空泵和气阀，真空腔通过管道与所述气阀连接，气阀上安装有所述真空泵，所述真空度传感器和所述真空泵连接。
进一步的，所述圆柱体的热膨胀系数和圆柱体中传感光纤的热膨胀系数之差与该对应段传感光纤应变值的乘积的数值不超过1.03倍该对应段传感光纤的温度系数数值。
有益效果：本发明的一种混凝土坝应力应变多模块互校正式光纤监测装置，突破传统意义上去温度干扰的思路，融合构建了温度补偿用复合材料平槽模块和真空条件下对传感光纤进行监测，研制了基于多模块互校正去温度干扰技术的传感光纤监测装置，其从监测层面上去除传感光纤温度干扰的影响，可较为真实地反映待测混凝土坝体内部应力应变性态，且结构简单、布设方便、操作灵活，极大提升了分布式传感光纤技术在实际工程中的应用和推广能力，具有极高的实际工程应用价值。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为图1的剖视图。
其中：200-左弹簧、201-右弹簧、202-左压板、203-右压板、204-左球压体、205-右球压体、206-传感光纤、207-端口空腔、208-下盖板、209-弹性塞体、210-右连接卡槽、214-气阀、215-真空泵、216-真空腔、217-盖板、218-压盖、219-圆柱体、220-对凹形注胶槽、221-左连接卡槽、222-卡槽固定栓，223-去温底台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明的一种混凝土坝应力应变多模块互校正式光纤监测装置，包括安装管、固定安装于安装管内部的复合材料平槽模块和端口固纤模块，所述的复合材料平槽模块和端口固纤模块之间在安装管内部形成真空腔216，真空腔216外部设置有抽真空装置。传感光纤206依次穿过复合材料平槽模块、真空腔216和端口固纤模块，所述安装管位于去温底台223上。
真空腔216与安装管外的抽真空装置连接，抽真空装置包含真空泵215和气阀214，真空腔216通过管道与气阀214连接，气阀214上安装有真空泵215，所述管道上安装有真空度传感器。真空度传感器和真空泵215连接，通过真空度传感器检测真空腔216内的真空度，当真空腔216内的真空度达到要求时，真空泵215停止工作，关闭气阀214。
所述复合材料平槽模块包括特种复合材料制成的圆柱体，圆柱体中心设有传感光纤206穿过的通孔，在圆柱体顶部设有压盖218，圆柱体底部设有盖板217，盖板217通过胶水固定在安装管内，压盖218中心设有对凹形注胶槽220；
所述端口固纤模块包括弹性塞体209、下盖板208、左压板202和右压板203，所述左压板202和右压板203的下端分别设置有均为硬质材料结构体的左球压体204和右球压体205，所述左压板202和右压板203的上端分别与下盖板208边缘铰接，左压板202和右压板203的中间部分分别和下盖板208的中间部分通过左弹簧200和右弹簧201连接，在弹簧的作用力下左球压体204和右球压体205将传感光钎206压紧，左压板202、右压板203、左球压体204、右球压体205和下盖板208形成端口空腔207，传感光纤206依次穿过盖板217、真空腔216、弹性塞体209和端口空腔207。
复合材料平槽模块通过去温底台223与端口固纤模块相连接，相邻的两个混凝土坝应力应变多模块互校正式光纤监测装置通过左连接卡槽221、右连接卡槽210和卡槽固定栓222进行连接。
复合材料平槽模块中特种复合材料制成的圆柱体219的材质取为特种性能树脂基复合材料，在特种性能树脂基复合材料材质的圆柱体219的末端布设有圆弧形的对凹形注胶槽220，在本实例中，安装管中内嵌有特种性能树脂基复合材料的特种复合材料219，且规定特种性能树脂基复合材料的热膨胀系数与特种性能树脂基复合材料中GJJV型号紧套传感光纤206的热膨胀系数之差与该对应段GJJV型号紧套传感光纤206应变值的乘积等于该对应段GJJV型号紧套传感光纤206的温度系数。
一种如上述的混凝土坝应力应变多模块互校正式光纤监测装置的使用方法，包括以下步骤：
(1)确定装置的个数及传感光纤的长度
本水工混凝土建筑表面待监测的区域为100m×100m的平面区域，本装置的使用状态如图1所示，在平面区域平躺放置，计划使用500m长的传感光纤，且基于当时结构体以前的监测情况以及施工状态，将确定在500m的传感光纤中使用10个本装置，为了更好地描述本装置的运行细节，优先选用其中一个装置进行细致论述；
(2)配置装置中各个模块
首先，根据本发明装置的基本结构，将复合材料平槽模块、端口固纤模块进行装配，并且准备一定数量的GJJV型号紧套传感光纤206，基本配置原则是先端口固纤模块，其次真空腔，后复合材料平槽模块，而对于每一个模块而言，主要采用从下到上，从左到右的原则进行配置；
(3)穿引传感光纤且进行初始固定
将GJJV型号紧套传感光纤206依次通过端口固纤模块、真空腔、复合材料平槽模块中的各个部件，通过左球压体204和右球压体205将GJJV型号紧套传感光纤206固定到端口空腔207中；
(4)获取第一次无温度干扰传感光纤监测数值
通过胶水将盖板固定在安装管内，并在盖板上传感光纤穿过的孔内注入胶水，形成密闭的空腔，此时该真空腔段GJJV型号紧套传感光纤206处于外界无温度干扰的状态，将其记录为其第一次无温度干扰传感光纤监测应变数值；
(5)获取第二次无温度干扰传感光纤监测数值
安装管中的特种性能树脂基复合材料制成的圆柱体219的热膨胀系数与特种性能树脂基复合材料的圆柱体219中GJJV型号紧套传感光纤206的热膨胀系数之差与该对应段GJJV型号紧套传感光纤206应变值的乘积等于该对应段GJJV型号紧套传感光纤206的温度系数，并在圆弧形的对凹形注胶槽中注入快凝胶水，使得真空腔216为全真空或者准真空状态，且通过该处的GJJV型号紧套传感光纤206也被固定，此时该圆柱体219的GJJV型号紧套传感光纤206所获取的外界荷载所产生的应变数值为去温度影响之后的数值，将其记录为其第二次无温度干扰传感光纤监测应变数值；
(6)获取最终无温度干扰传感光纤监测数值
求取真空腔与圆柱体219的传感光纤所监测到外界荷载所产生的应变数值平均值，不断的重复第(4)步与第(5)步密封其它本装置，真空腔216与圆柱体219的GJJV型号紧套传感光纤206所监测到外界荷载所产生的应变数值平均值的结果符合正态分布的规律，将处于最大概率所对应的数值，作为最终监测结果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种混凝土坝应力应变多模块互校正式光纤监测装置，其特征在于：包括安装管、固定安装于安装管内部的复合材料平槽模块和端口固纤模块，所述的复合材料平槽模块和端口固纤模块之间在安装管内部形成真空腔(216)，真空腔(216)外部设置有抽真空装置，传感光纤(206)依次穿过复合材料平槽模块、真空腔(216)和端口固纤模块，所述安装管位于去温底台(223)上；
所述复合材料平槽模块包括特种复合材料制成的圆柱体(219)，圆柱体(219)中心设有传感光纤(206)穿过的通孔，在圆柱体(219)顶部设有压盖(218)，圆柱体(219)底部设有盖板(217)，盖板(217)通过胶水固定在安装管内，压盖(218)中心设有对凹形注胶槽(220)；
真空腔(216)与位于安装管外的抽真空装置连接；
所述端口固纤模块包括弹性塞体(209)、下盖板(208)、左压板(202)和右压板(203)，所述左压板(202)和右压板(203)的下端分别设置有左球压体(204)和右球压体(205)，所述左压板(202)和右压板(203)的上端分别与下盖板(208)边缘铰接，左压板(202)和右压板(203)的中间部分分别和下盖板(208)的中间部分通过左弹簧(200)和右弹簧(201)连接，左压板(202)、右压板(203)、左球压体(204)、右球压体(205)和下盖板(208)形成端口空腔(207)，传感光纤(206)依次穿过盖板(217)、真空腔(216)、弹性塞体(209)和端口空腔(207)。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土坝应力应变多模块互校正式光纤监测装置，其特征在于：所述真空腔(216)管道上安装有真空度传感器，所述抽真空装置包括真空泵(215)和气阀(214)，真空腔(216)通过管道与所述气阀(214)连接，气阀(214)上安装有真空泵(215)，所述真空度传感器和所述真空泵(215)连接。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土坝应力应变多模块互校正式光纤监测装置，其特征在于：所述圆柱体(219)的热膨胀系数和圆柱体(219)中传感光纤(206)的热膨胀系数之差与对应段传感光纤(206)应变值的乘积的数值不超过1.03倍该对应段传感光纤(206)的温度系数数值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |