CN110702022A - 一种大型塔吊缆索疲劳监测中fbg传感器的植入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，包括组合式缆索，所述组合式缆索的剖面在位于其组合面的中心处设置有孔隙，所述组合式缆索的外侧在位于螺旋柱形体的周围设置有不锈钢钢管，所述不锈钢钢管套接于组合式缆索的螺旋柱形体处，所述不锈钢钢管的外侧在位于柱形外表面的周围设置有热收缩套管，所述热收缩套管套接于不锈钢钢管和组合式缆索的相交处，所述热收缩套管可在高温的作用下将不锈钢钢管和组合式缆索的相交处进行包裹，这样的设置，可通过缆索的钢筋对光纤光栅直接作用力来测量应变力，该测量的指向性更加精准，且在测量的过程中误差较小，实用性更佳。

Description

一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法

技术领域

本发明属于大型生产设备监测相关技术领域，具体涉及一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法。

背景技术

基于光纤光栅(FBG)传感的缆索疲劳失效监测技术的基本思想是认为疲劳失效将显著改变缆索结构的应变、质量或耗能能力，进而引起所测结构动力特征或响应的改变，通过从监测数据中提出有效的不同部位应变参数，并比对缆索无损状态下的相应信息，来实现缆索的疲劳失效检测与评估。

现有的缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法技术存在以下问题：要想获得实时准确的缆索应变值，需将FBG应变传感器植入贴附于缆索内部的钢筋上，传统方法直接将传感器安装于缆索外层上，需通过应变传递算法计算缆索内部钢筋的受力情况，存在着较大的误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，以解决上述背景技术中提出的要想获得实时准确的缆索应变值，需将FBG应变传感器植入贴附于缆索内部的钢筋上，传统方法直接将传感器安装于缆索外层上，需通过应变传递算法计算缆索内部钢筋的受力情况，存在着较大的误差问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，包括组合式缆索，所述组合式缆索的剖面在位于其组合面的中心处设置有孔隙，所述组合式缆索的外侧在位于螺旋柱形体的周围设置有不锈钢钢管，所述不锈钢钢管套接于组合式缆索的螺旋柱形体处，所述不锈钢钢管的外侧在位于柱形外表面的周围设置有热收缩套管，所述热收缩套管套接于不锈钢钢管和组合式缆索的相交处，所述热收缩套管可在高温的作用下将不锈钢钢管和组合式缆索的相交处进行包裹，所述组合式缆索的前侧在位于偏右位置处设置有应变力光纤光栅本体，所述应变力光纤光栅本体的后端端面在位于端面中心处设置有光纤光栅输入线材，所述光纤光栅输入线材的一端自应变力光纤光栅本体的后端端面中心处贯穿至应变力光纤光栅本体的内部，所述光纤光栅输入线材的另一端连接有光纤光栅输入接口，所述光纤光栅输入接口的前端端面中心处插接有光纤光栅输入线材的另一端，所述光纤光栅输入线材和应变力光纤光栅本体的连接处在位于光纤光栅输入线材的外表面设置有导入锥帽，所述导入锥帽套接光纤光栅输入线材，所述导入锥帽的后端端口通过粘胶固定连接于应变力光纤光栅本体的后端端面处，所述应变力光纤光栅本体的前端端面在位于端面中心处设置有光纤光栅输出线材，所述光纤光栅输出线材的一端自应变力光纤光栅本体的前端端面处贯穿至应变力光纤光栅本体的内部，所述光纤光栅输出线材的另一端连接有光纤光栅输出接口，所述光纤光栅输出接口的后端端面中心处插接有光纤光栅输出线材的另一端，所述应变力光纤光栅本体的左侧设置有胶水注射管，所述胶水注射管的柱形外表面在位于竖向位置处设置有针管刻度条，所述针管刻度条通过刻印竖向连接于胶水注射管的柱形外表面处，所述胶水注射管的后端端面在位于端面中心处设置有胶水插接针管，所述胶水插接针管的前端端口自胶水注射管的后端端面中心处贯穿至胶水注射管的内部，所述胶水注射管的内部设置有活塞推杆，所述活塞推杆自胶水注射管的管口处套接至胶水注射管的内部，所述活塞推杆可在力的作用下相对于胶水注射管进行活塞密封运动，所述活塞推杆的前端连接有针管着力垫板，所述针管着力垫板通过一体铸模固定连接于活塞推杆的前端端面处。

优选的，所述导入锥帽包括橡胶缓冲垫片、管式锥帽和螺纹着力层，所述光纤光栅输入线材和应变力光纤光栅本体的连接处在位于光纤光栅输入线材的外表面设置有管式锥帽，所述管式锥帽套接于光纤光栅输入线材的外表面处，所述橡胶缓冲垫片的锥形外表面设置有螺纹着力层，所述螺纹着力层通过刻蚀覆盖于管式锥帽的锥形外表面处，所述管式锥帽的锥形内表面处设置有橡胶缓冲垫片，所述橡胶缓冲垫片通过粘胶连接于管式锥帽的锥形内表面处，所述橡胶缓冲垫片的后端端口通过粘胶连接于应变力光纤光栅本体的后端端面处。

优选的，所述组合式缆索包括缆索一、缆索二、缆索三、缆索四、缆索五和缆索六，所述缆索一、缆索二、缆索三、缆索四、缆索五和缆索六以螺旋形式进行组合式缠绕，所述缆索一、缆索二、缆索三、缆索四、缆索五和缆索六均通过细小钢丝进行缠绕形成。

优选的，所述组合式缆索的端面在位于端面中心处设置有孔隙，所述组合式缆索端面处的孔隙可方便应变力光纤光栅本体嵌入其中，所述应变力光纤光栅本体可通过导入锥帽的引导在力作用下插接至组合式缆索中。

优选的，所述应变力光纤光栅本体嵌入至组合式缆索内部之前需将光纤光栅输入接口和光纤光栅输入线材导入至组合式缆索的孔隙处并进行穿插引导，所述光纤光栅输入接口和光纤光栅输出接口需通插接于机器处进行串联使用。

优选的，所述胶水注射管的内部吸收有胶水，所述胶水注射管内部的胶水需通过活塞推杆作用力于胶水注射管内来引导胶水自胶水插接针管处注射至组合式缆索的端面孔隙处。

优选的，所述应变力光纤光栅本体需完全嵌入至组合式缆索内部的孔隙处方可通过胶水注射管将胶水注射至组合式缆索的内部孔隙处。

优选的，所述胶水注射管将胶水注射完毕后热收缩套管可在加热的前提下将组合式缆索与应变力光纤光栅本体相交处的剖面进行包裹。

与现有技术相比，本发明提供了一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，具备以下有益效果：

采用了内部传感器插接法，可通过相应的插接，将光纤光栅应变传感器置入并贴服于缆索内部的钢筋上，并通过对应的胶水固定，来将光纤光栅应变传感器牢固的置于缆索内，这样的设置，可通过缆索的钢筋对光纤光栅直接作用力来测量应变力，该测量的指向性更加精准，且在测量的过程中误差较小，实用性更佳。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1为本发明提出的一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法中施工位置的结构示意图；

图2为本发明提出的一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法中光纤光栅的结构示意图；

图3为本发明提出的一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法中注射器的结构示意图；

图4为本发明提出的一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法中导入锥帽的结构示意图；

图中：1、光纤光栅输出接口；2、应变力光纤光栅本体；3、导入锥帽；4、光纤光栅输入线材；5、光纤光栅输入接口；6、不锈钢钢管；7、组合式缆索；8、热收缩套管；9、胶水插接针管；10、针管刻度条；11、针管着力垫板；12、活塞推杆；13、胶水注射管；14、光纤光栅输出线材；31、橡胶缓冲垫片；32、管式锥帽；33、螺纹着力层；71、缆索一；72、缆索二；73、缆索三；74、缆索四；75、缆索五；76、缆索六。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：

一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，包括组合式缆索7，组合式缆索7的剖面在位于其组合面的中心处设置有孔隙，组合式缆索7端面处的孔隙可方便应变力光纤光栅本体2嵌入其中，应变力光纤光栅本体2可通过导入锥帽3的引导在力作用下插接至组合式缆索7中，组合式缆索7的外侧在位于螺旋柱形体的周围设置有不锈钢钢管6，不锈钢钢管6套接于组合式缆索7的螺旋柱形体处，不锈钢钢管6的外侧在位于柱形外表面的周围设置有热收缩套管8，热收缩套管8套接于不锈钢钢管6和组合式缆索7的相交处，热收缩套管8可在高温的作用下将不锈钢钢管6和组合式缆索7的相交处进行包裹，组合式缆索7包括缆索一71、缆索二72、缆索三73、缆索四74、缆索五75和缆索六76，缆索一71、缆索二72、缆索三73、缆索四74、缆索五75和缆索六76以螺旋形式进行组合式缠绕，缆索一71、缆索二72、缆索三73、缆索四74、缆索五75和缆索六76均通过细小钢丝进行缠绕形成，这样的设置，可在使用的过程中保持组合式缆索7的坚韧度，提高组合式缆索7在使用时的牢固度，更加安全放心。

一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，包括组合式缆索7的前侧在位于偏右位置处设置有应变力光纤光栅本体2，应变力光纤光栅本体2的后端端面在位于端面中心处设置有光纤光栅输入线材4，光纤光栅输入线材4的一端自应变力光纤光栅本体2的后端端面中心处贯穿至应变力光纤光栅本体2的内部，光纤光栅输入线材4的另一端连接有光纤光栅输入接口5，光纤光栅输入接口5的前端端面中心处插接有光纤光栅输入线材4的另一端，应变力光纤光栅本体2嵌入至组合式缆索7内部之前需将光纤光栅输入接口5和光纤光栅输入线材4导入至组合式缆索7的孔隙处并进行穿插引导，光纤光栅输入接口5和光纤光栅输出接口1需通插接于机器处进行串联使用。

一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，包括光纤光栅输入线材4和应变力光纤光栅本体2的连接处在位于光纤光栅输入线材4的外表面设置有导入锥帽3，导入锥帽3套接光纤光栅输入线材4，导入锥帽3包括橡胶缓冲垫片31、管式锥帽32和螺纹着力层33，光纤光栅输入线材4和应变力光纤光栅本体2的连接处在位于光纤光栅输入线材4的外表面设置有管式锥帽32，管式锥帽32套接于光纤光栅输入线材4的外表面处，橡胶缓冲垫片31的锥形外表面设置有螺纹着力层33，螺纹着力层33通过刻蚀覆盖于管式锥帽32的锥形外表面处，管式锥帽32的锥形内表面处设置有橡胶缓冲垫片31，橡胶缓冲垫片31通过粘胶连接于管式锥帽32的锥形内表面处，橡胶缓冲垫片31的后端端口通过粘胶连接于应变力光纤光栅本体2的后端端面处，这样的设置，可在使用的过程中，通过导入锥帽3的引导将应变力光纤光栅本体2嵌入至组合式缆索7中，可避免应变力光纤光栅本体2直插嵌入式与钢筋相摩擦而导致的破损现象。

一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，包括应变力光纤光栅本体2的前端端面在位于端面中心处设置有光纤光栅输出线材14，光纤光栅输出线材14的一端自应变力光纤光栅本体2的前端端面处贯穿至应变力光纤光栅本体2的内部，光纤光栅输出线材14的另一端连接有光纤光栅输出接口1，光纤光栅输出接口1的后端端面中心处插接有光纤光栅输出线材14的另一端。

一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，包括应变力光纤光栅本体2的左侧设置有胶水注射管13，胶水注射管13的内部吸收有胶水，胶水注射管13内部的胶水需通过活塞推杆12作用力于胶水注射管13内来引导胶水自胶水插接针管9处注射至组合式缆索7的端面孔隙处，胶水注射管13的柱形外表面在位于竖向位置处设置有针管刻度条10，针管刻度条10通过刻印竖向连接于胶水注射管13的柱形外表面处，胶水注射管13的后端端面在位于端面中心处设置有胶水插接针管9，胶水插接针管9的前端端口自胶水注射管13的后端端面中心处贯穿至胶水注射管13的内部，这样的设置，可便于胶水注射管13内部的胶水至胶水插接针管9处注射至组合式缆索7内，来对应变力光纤光栅本体2进行固定。

一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，包括胶水注射管13的内部设置有活塞推杆12，活塞推杆12自胶水注射管13的管口处套接至胶水注射管13的内部，活塞推杆12可在力的作用下相对于胶水注射管13进行活塞密封运动，活塞推杆12的前端连接有针管着力垫板11，针管着力垫板11通过一体铸模固定连接于活塞推杆12的前端端面处，应变力光纤光栅本体2需完全嵌入至组合式缆索7内部的孔隙处方可通过胶水注射管13将胶水注射至组合式缆索7的内部孔隙处，胶水注射管13将胶水注射完毕后热收缩套管8可在加热的前提下将组合式缆索7与应变力光纤光栅本体2相交处的剖面进行包裹。

本发明的工作原理及使用流程：本发明安装好过后，由缆索一71、缆索二72、缆索三73、缆索四74、缆索五75和缆索六76形成的塔吊组合式缆索7内部钢筋之间的缝隙直径只有一点一毫米左右，对应变力光纤光栅本体2的直径要求较高，在应变力光纤光栅本体2穿入组合式缆索7时会有一定的困难，在安装之前，应变力光纤光栅本体2的后端端口处可套接由橡胶缓冲垫片31、管式锥帽32和螺纹着力层33组合的导入锥帽3，继而在力作用下通过导入锥帽3引导至组合式缆索7的内部，应变力光纤光栅本体2需要固定的长度在二十毫米至三十毫米的范围内，胶水的灌入也必须达到应变力光纤光栅本体2的部位，由于组合式缆索7缝隙只有一点一毫米左右，一般的灌胶法都能不适用，为了让胶水能够深入组合式缆索7达到需求的深度，采用一根特殊的胶水注射管13，胶水注射管13的后端的胶水插接针管9必须要能够穿入组合式缆索7缝隙处，使用时，用胶水插接针管9将调和好的胶水推入胶水注射管13内，再将胶水插接针管9穿入组合式缆索7，达到需要固定应变力光纤光栅本体2的深度，再次用胶水插接针管9推入胶水，这样胶水就能够注入到安装需求的位置，而且能控制胶水的数量，注入足够的胶水后，抽出胶水插接针管9，穿入需要安装固定的传感器，等待胶水完全凝固，就能够使用传感器测试缆索了。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，包括组合式缆索(7)，其特征在于：所述组合式缆索(7)的剖面在位于其组合面的中心处设置有孔隙，所述组合式缆索(7)的外侧在位于螺旋柱形体的周围设置有不锈钢钢管(6)，所述不锈钢钢管(6)套接于组合式缆索(7)的螺旋柱形体处，所述不锈钢钢管(6)的外侧在位于柱形外表面的周围设置有热收缩套管(8)，所述热收缩套管(8)套接于不锈钢钢管(6)和组合式缆索(7)的相交处，所述热收缩套管(8)可在高温的作用下将不锈钢钢管(6)和组合式缆索(7)的相交处进行包裹，所述组合式缆索(7)的前侧在位于偏右位置处设置有应变力光纤光栅本体(2)，所述应变力光纤光栅本体(2)的后端端面在位于端面中心处设置有光纤光栅输入线材(4)，所述光纤光栅输入线材(4)的一端自应变力光纤光栅本体(2)的后端端面中心处贯穿至应变力光纤光栅本体(2)的内部，所述光纤光栅输入线材(4)的另一端连接有光纤光栅输入接口(5)，所述光纤光栅输入接口(5)的前端端面中心处插接有光纤光栅输入线材(4)的另一端，所述光纤光栅输入线材(4)和应变力光纤光栅本体(2)的连接处在位于光纤光栅输入线材(4)的外表面设置有导入锥帽(3)，所述导入锥帽(3)套接光纤光栅输入线材(4)，所述导入锥帽(3)的后端端口通过粘胶固定连接于应变力光纤光栅本体(2)的后端端面处，所述应变力光纤光栅本体(2)的前端端面在位于端面中心处设置有光纤光栅输出线材(14)，所述光纤光栅输出线材(14)的一端自应变力光纤光栅本体(2)的前端端面处贯穿至应变力光纤光栅本体(2)的内部，所述光纤光栅输出线材(14)的另一端连接有光纤光栅输出接口(1)，所述光纤光栅输出接口(1)的后端端面中心处插接有光纤光栅输出线材(14)的另一端，所述应变力光纤光栅本体(2)的左侧设置有胶水注射管(13)，所述胶水注射管(13)的柱形外表面在位于竖向位置处设置有针管刻度条(10)，所述针管刻度条(10)通过刻印竖向连接于胶水注射管(13)的柱形外表面处，所述胶水注射管(13)的后端端面在位于端面中心处设置有胶水插接针管(9)，所述胶水插接针管(9)的前端端口自胶水注射管(13)的后端端面中心处贯穿至胶水注射管(13)的内部，所述胶水注射管(13)的内部设置有活塞推杆(12)，所述活塞推杆(12)自胶水注射管(13)的管口处套接至胶水注射管(13)的内部，所述活塞推杆(12)可在力的作用下相对于胶水注射管(13)进行活塞密封运动，所述活塞推杆(12)的前端连接有针管着力垫板(11)，所述针管着力垫板(11)通过一体铸模固定连接于活塞推杆(12)的前端端面处。

2.根据权利要求1所述的一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，其特征在于：所述导入锥帽(3)包括橡胶缓冲垫片(31)、管式锥帽(32)和螺纹着力层(33)，所述光纤光栅输入线材(4)和应变力光纤光栅本体(2)的连接处在位于光纤光栅输入线材(4)的外表面设置有管式锥帽(32)，所述管式锥帽(32)套接于光纤光栅输入线材(4)的外表面处，所述橡胶缓冲垫片(31)的锥形外表面设置有螺纹着力层(33)，所述螺纹着力层(33)通过刻蚀覆盖于管式锥帽(32)的锥形外表面处，所述管式锥帽(32)的锥形内表面处设置有橡胶缓冲垫片(31)，所述橡胶缓冲垫片(31)通过粘胶连接于管式锥帽(32)的锥形内表面处，所述橡胶缓冲垫片(31)的后端端口通过粘胶连接于应变力光纤光栅本体(2)的后端端面处。

3.根据权利要求1所述的一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，其特征在于：所述组合式缆索(7)包括缆索一(71)、缆索二(72)、缆索三(73)、缆索四(74)、缆索五(75)和缆索六(76)，所述缆索一(71)、缆索二(72)、缆索三(73)、缆索四(74)、缆索五(75)和缆索六(76)以螺旋形式进行组合式缠绕，所述缆索一(71)、缆索二(72)、缆索三(73)、缆索四(74)、缆索五(75)和缆索六(76)均通过细小钢丝进行缠绕形成。

4.根据权利要求1所述的一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，其特征在于：所述组合式缆索(7)的端面在位于端面中心处设置有孔隙，所述组合式缆索(7)端面处的孔隙可方便应变力光纤光栅本体(2)嵌入其中，所述应变力光纤光栅本体(2)可通过导入锥帽(3)的引导在力作用下插接至组合式缆索(7)中。

5.根据权利要求1所述的一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，其特征在于：所述应变力光纤光栅本体(2)嵌入至组合式缆索(7)内部之前需将光纤光栅输入接口(5)和光纤光栅输入线材(4)导入至组合式缆索(7)的孔隙处并进行穿插引导，所述光纤光栅输入接口(5)和光纤光栅输出接口(1)需通插接于机器处进行串联使用。

6.根据权利要求1所述的一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，其特征在于：所述胶水注射管(13)的内部吸收有胶水，所述胶水注射管(13)内部的胶水需通过活塞推杆(12)作用力于胶水注射管(13)内来引导胶水自胶水插接针管(9)处注射至组合式缆索(7)的端面孔隙处。

7.根据权利要求1所述的一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，其特征在于：所述应变力光纤光栅本体(2)需完全嵌入至组合式缆索(7)内部的孔隙处方可通过胶水注射管(13)将胶水注射至组合式缆索(7)的内部孔隙处。

8.根据权利要求1所述的一种大型塔吊缆索疲劳监测中FBG传感器的植入方法，其特征在于：所述胶水注射管(13)将胶水注射完毕后热收缩套管(8)可在加热的前提下将组合式缆索(7)与应变力光纤光栅本体(2)相交处的剖面进行包裹。

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