CN110879112A - 一种智能钢绞线的水浴循环温度传感特性测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能钢绞线的水浴循环温度传感特性测试装置及方法，包括光纤光栅智能预应力钢绞线、锚固装置等，锚固装置与通水管连接，形成水浴循环测试系统；在通水管上预留有温度测试预留孔、进水孔和出水孔；在每个温度测试预留孔上方安装有红外线测温仪，用于试验过程中测试智能钢绞线各测点的实时温度值；进水孔、出水孔与供液装置相连；光纤光栅智能预应力钢绞线穿入通水管中；光纤光栅智能预应力钢绞线的光纤测点对准温度测试孔位置；穿心式压力传感器实时的记录钢绞线预应力值；光纤光栅解调仪与智能钢绞线连接，用于水浴温度循环测试中实时采集测点光纤波长变化，与穿心式压力传感器测试值进行验证对比。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能钢绞线特性检测装置，具体的涉及一种智能钢绞线的水浴循环温度传感特性测试装置及方法。
背景技术
预应力技术是一种主动锚固技术，广泛应用于土木工程领域，其具有显著的社会效益和经济效益。但其作为一项隐蔽工程，目前检测手段无法获得预应力钢绞线纵向应力分布特性，一旦预应力值未达到设计要求，其对结构的使用特性会产生显著影响，严重时造成结构开裂变形甚至垮塌。光纤光栅智能预应力钢绞线是由普通预应力钢绞线与光纤光栅传感器复合而成，它不仅具有传统钢绞线优异的力学指标，还具有优良的感知性能，可以实现自身受力的检测与长期在线监测，使得结构中的钢绞线纵向分布预应力值可实时获取，有效保证结构在使用过程的安全性。
但发明人发现在实际应用过程中，光纤光栅智能钢绞线面临的一个最重要的障碍是光纤光栅的温度与应变耦合敏感的问题。当光纤光栅用做传感元件时，温度变化和应变相互扰动所导致的波长移位使得难以识别传感器对温度和待测参量的响应。因此，如果不解决温度与光纤光栅应变交叉敏感的问题，就无法准确应用于实际工程，光纤光栅的诸多独特优点也就无从发挥。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明公开了一种智能钢绞线的水浴循环温度传感特性测试装置，通过不同水浴温度下的智能钢绞线不同测点的波长测试数据进行分析，得到光纤波长变化量与温度变化的定量关系，解决光纤光栅的温度与应变耦合敏感的技术问题，将实际工程中的温度效应影响剔除，得到准确的钢绞线纵向预应力值，对工程有较为直接的指导作用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术手段：
一种智能钢绞线的水浴循环温度传感特性测试装置，包括光纤光栅智能预应力钢绞线、锚固装置、通水管、穿心式压力传感器、光纤光栅解调仪和红外线测温仪和供液装置；
所述的锚固装置通过与通水管连接，形成水浴循环测试系统；
在所述的通水管上预留有温度测试预留孔、进水孔和出水孔；在每个温度测试预留孔上方安装有红外线测温仪，所述的红外线测温仪，用于试验过程中测试智能钢绞线各测点的实时温度值；所述的进水孔、出水孔与供液装置相连；
所述的光纤光栅智能预应力钢绞线穿入所述的通水管中，且张拉锚固于锚固装置上；
所述的穿心式压力传感器安装在智能预应力钢绞线锚具与锚固装置之间，实时的记录钢绞线预应力值；
所述的光纤光栅解调仪与智能钢绞线连接，用于水浴温度循环测试中实时采集测点光纤波长变化，与穿心式压力传感器测试值进行验证对比。
作为进一步的技术方案，所述的锚固装置包括工字钢梁和锚固端钢板，将两块锚固端钢板与两块工字钢梁连接成为框架整体，制作为钢绞线张拉锚固装置；并在两侧锚固端钢板预留可通过智能钢绞线的圆孔，用于钢绞线的穿束及张拉；为保证张拉钢绞线过程中张拉荷载对装置安全性的影响，在两侧工字钢上下翼缘处分别焊接L型角钢，以增加锚固装置的整体稳定性。
本发明还提供了一种基于智能钢绞线的水浴循环温度传感特性测试装置的测试方法，包括以下步骤：
制作锚固装置、锚具，安装通水管；
在通水管的温度测试孔上方设置红外线测温仪，红外线测温仪固定在锚固装置上；
将智能钢绞线穿入通水管中，将智能钢绞线对应的光纤测点对准温度测试孔位置；
智能钢绞线的两端分别穿过穿心式压力传感器，穿心式压力传感器固定锚固装置和锚具固定；
将智能钢绞线与光纤光栅解调仪连接，实时监测钢绞线波长变化；
利用红外线测温仪记录初始状态下钢绞线温度，穿心式压力传感器记录锚下预应力值及光纤光栅解调仪记录光纤波长初始值；
利用加热装置将水加热至试验设计温度后，开始向通水管中注水；从通水管的进水孔开始注水，此时通水管的出水孔处于封闭状态；当热水充满整个通水管时，将进水孔进行封闭并保温，保证钢绞线整体受热均匀；随后将出水孔打开，排空通水管内全部热水，此时智能钢绞线在大气温度影响下开始降温，采用红外线测温仪分别测试钢绞线各个测点温度，同步利用穿心式压力传感器记录锚下预应力值及光纤光栅解调仪测试光纤变化值。
作为进一步的技术方案，所述的测试方法，锚固装置的制作过程：将两块锚固端钢板与两块工字钢梁采用焊接技术连接成为框架整体，并在两侧锚固端钢板预留可通过智能钢绞线的圆孔，在两侧工字钢上下翼缘处分别焊接L型角钢。
作为进一步的技术方案，所述的测试方法，步骤1中通水管的安装方法是：将通长通水管对准两侧锚固端的预留圆孔，采用化学粘贴胶将通水管与锚固装置固定，通水管的两侧留有进、出水孔，中间预留温度测试孔，温度测孔的位置与智能钢绞线光纤测点位置对应，且在每个温度测孔上安装三通连接件。
作为进一步的技术方案，所述的测试方法，对智能钢绞线进行不同张拉荷载等级下进行多次试验，以获得大量实测数据，对试验结果提供可靠依据。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
这种智能钢绞线水浴循环温度特性测试装置设计简单方便，安全性能高，可重复进行多次试验，相比现有水浴槽试验装置，该装置对温度控制精度较高，体积较小，试验过程便捷，可同步测试钢绞线温度值、锚下预应力值及光纤波长值，保证了试验结果的准确性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是智能预应力钢绞线水浴循环温度特性测试装置正视图
图2是水浴循环温度特性测试锚固装置俯视图
图3是水浴循环温度特性测试锚固装置侧视图
其中：1为光纤光栅智能钢绞线；2为锚固装置；3为三型聚丙烯管；4为穿心式压力传感器；5为光纤光栅解调仪；6红外线测温仪；7为供液装置；8为三通连接件；9为钢绞线夹片锚具；10为穿心式压力传感器采集仪；11为智能预应力钢绞线光栅测点；12为锚固端钢板；13为工字钢梁；14为横向加劲L型角钢；15为PPR管进水孔；16为PPR管出水孔；17为锚固端钢板预留圆孔。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术部分所描述的，在实际应用过程中，光纤光栅智能钢绞线面临的一个最重要的障碍是光纤光栅的温度与应变耦合敏感的问题。当光纤光栅用做传感元件时，温度变化和应变相互扰动所导致的波长移位使得难以识别传感器对温度和待测参量的响应。因此，如果不解决温度与光纤光栅应变交叉敏感的问题，就无法准确应用于实际工程，光纤光栅的诸多独特优点也就无从发挥。因此本发明采用一种智能钢绞线的水浴循环温度传感特性测试装置，通过将智能预应力钢绞线张拉至设计吨位并锚固于测试装置，将智能钢绞线浸入充满热水的PPR密封管中开展水浴循环温度传感特性试验，基于不同温度下的智能钢绞线不同测点的波长测试数据，得到光纤波长变化量与温度变化的定量关系，有效解决了光纤光栅的温度与应变耦合敏感的技术问题，将实际工程中的温度效应影响剔除，得到准确的钢绞线纵向分布预应力值。
如图1所示，一种基于智能钢绞线的水浴循环温度传感特性测试装置，其特征包括光纤光栅智能预应力钢绞线1，智能钢绞线水浴循环锚固装置2，三型聚丙烯管3(PPR管)，穿心式压力传感器4，光纤光栅解调仪5，红外线测温仪6和供液装置7。
智能钢绞线水浴循环锚固装置2与三型聚丙烯管3(即PPR管)连接，形成水浴循环测试系统；三型聚丙烯管3作为通液管使用，其在其他实施例中，也可以采用其他材质的管进行代替。
三型聚丙烯管3上预留有温度测试预留孔、进水孔和出水孔；在每个温度测试预留孔的位置安装有三通连接件8，三通连接件8的水平方向的两个通道连接PPR管，垂直方向的通道口用于试验过程测试钢绞线光纤测点温度；垂直方向的通道口上方安装有红外线测温仪，所述的红外线测温仪，用于试验过程中测试智能钢绞线各测点的实时温度值；所述的进水孔、出水孔位于三型聚丙烯管3的两端与供液装置相连；且要求温度测试预留孔的个数与智能钢绞线光纤测点11的个数相同，满足测试要求，在本实施例中，设置了3个测试点，不难理解的，在其他实施例中，还可以设置四个或者更多个，具体根据实际测试需要进行设置。
光纤光栅智能预应力钢绞线1穿入装有三通连接件8(用于温度测试)的PPR管3中，并张拉锚固于智能钢绞线水浴循环锚固装置2上，
穿心式压力传感器4安装至夹片锚具9与水浴循环锚固装置2之间，与采集仪10连接，水浴温度循环试验中实时记录钢绞线预应力值；且穿心式压力传感器4包括两个，分别安装在光纤光栅智能预应力钢绞线1的两端，具体的为穿出锚固钢板的位置。
光纤光栅解调仪5与光纤光栅智能钢绞线1连接，用于水浴温度循环测试中实时采集测点11光纤波长变化，与穿心式压力传感器4测试值进行验证对比；所述的供液装置7为三型聚丙烯管3提供液体，且在其内设有加热装置，用于对试验中的水进行加热，通过热水的热量传递达到对钢绞线进行升温的目的；所述的红外线测温仪6，用于试验过程中测试智能钢绞线的实时温度值。
进一步的，锚固装置2包括工字钢梁13和锚固端钢板12，两块锚固端钢板与两块工字钢梁连接成为框架整体，并在两侧锚固端钢板预留可通过智能钢绞线的圆孔，用于钢绞线的穿束及张拉；为保证张拉钢绞线过程中张拉荷载对装置安全性的影响，在两侧工字钢13上下翼缘处分别焊接L型角钢14，以增加锚固装置2的整体稳定性。
本实施例还提供了一种基于智能钢绞线的水浴循环温度传感特性测试装置的测试方法，包括以下步骤：
步骤1制作锚固装置、锚具，安装通水管；
步骤2在通水管的温度测试孔上方设置红外线测温仪，红外线测温仪固定在锚固装置上；
步骤3将智能钢绞线穿入通水管中，将智能钢绞线对应的光纤测点对准温度测试孔位置；
步骤4智能钢绞线的两端分别穿过穿心式压力传感器，穿心式压力传感器固定锚固装置和锚具固定；
步骤5将智能钢绞线与光纤光栅解调仪连接，实时监测钢绞线波长变化；
步骤6利用红外线测温仪记录初始状态下钢绞线温度，穿心式压力传感器记录锚下预应力值及光纤光栅解调仪记录光纤波长初始值；
步骤7利用加热装置将水加热至试验设计温度后，开始向通水管中注水；从通水管的进水孔开始注水，此时通水管的出水孔处于封闭状态；当热水充满整个通水管时，将进水孔进行封闭并保温，保证钢绞线整体受热均匀；随后将出水孔打开，排空通水管内全部热水，此时智能钢绞线在大气温度影响下开始降温，采用红外线测温仪分别测试钢绞线各个测点温度，同步利用穿心式压力传感器记录锚下预应力值及光纤光栅解调仪测试光纤变化值。
进一步的，如图2、图3所示，智能钢绞线水浴循环锚固装置2制作工艺如下：将两块锚固端钢板12与两块工字钢梁13采用焊接技术连接成为框架整体，制作为钢绞线张拉锚固装置2；并在两侧锚固端钢板12预留可通过智能钢绞线的圆孔17，用于钢绞线的穿束及张拉；为保证张拉钢绞线过程中张拉荷载对装置安全性的影响，在两侧工字钢13上下翼缘处分别焊接L型角钢14，以增加锚固装置2的整体稳定性。
进一步的，如图1所示，为保证光纤光栅智能钢绞线1在水浴温度循环试验中整体受热均匀，采用耐高温的三型聚丙烯管3(PPR管)对光纤光栅智能钢绞线1进行包裹；将通长PPR管对准两侧锚固端钢板10的预留圆孔17，采用化学粘贴胶将PPR管与锚固装置2固定，PPR管的两侧留有进水孔15、出水孔16；在智能钢绞线光纤测点11位置，PPR管上需预留温度测试孔8，利用热熔机使PPR管与垂直三通连接件8进行熔接，水平方向的两个通道连接PPR管，垂直方向的通道口用于试验过程测试智能钢绞线光纤测点11温度；进一步的，一般情况下，垂直三通连接件8的设置个数与智能钢绞线光纤测点11的个数相同。
进一步的，将光纤光栅智能钢绞线1穿入带有三通连接件温度测试孔8的PPR管3中，将光纤光栅智能钢绞线1对应的光纤测点11对准温度测试孔8位置；在两侧锚具4与锚固端钢板12之间放置穿心式压力传感器4，对张拉过程及测试过程中钢绞线1锚下预应力变化进行实时记录；将光纤光栅智能钢绞线1与光纤光栅解调仪5连接，实时监测光纤光栅智能钢绞线1的光纤测点11波长变化；随后对光纤光栅智能钢绞线1按照不同试验设计荷载要求进行张拉，并利用记录初始状态下钢绞线温度，锚下预应力值及光纤波长初始值；利用加热装置7将水加热至试验设计温度后，开始向PPR管中注水；从PPR管的进水孔15开始注水，此时PPR管的出水孔16处于封闭状态；当热水充满整个PPR管时，将进水孔15进行封闭并保温5分钟，保证光纤光栅智能钢绞线1整体受热均匀；随后将出水孔16打开，排空PPR管内全部热水，此时光纤光栅智能钢绞线1在大气温度影响下开始降温，采用红外线测温仪6分别测试光纤光栅智能钢绞线1各个光纤测点11温度，同步利用穿心式压力传感器4记录锚下预应力值及光纤光栅解调仪5测试光纤变化值；为保证测试结果准确可靠，对光纤光栅智能钢绞线1进行不同张拉荷载等级下进行多次试验，以获得大量实测数据，对试验结果提供可靠依据。
本实施例中的智能预应力钢绞线水浴循环温度特性测试装置应用于分析温度变化对智能钢绞线光纤波长的影响，基于测试装置开展试验，得到智能钢绞线光纤波长变化量与温度变化的定量关系，有效解决了光纤光栅的温度与应变交叉敏感的技术瓶颈问题。
本实施例中的一种智能预应力钢绞线水浴循环温度特性测试装置，通过不同水浴温度下的智能钢绞线不同测点的波长测试数据进行分析，得到光纤波长变化量与温度变化的定量关系，解决光纤光栅的温度与应变耦合敏感的技术问题，有效将实际工程中的温度效应影响剔除，得到准确的钢绞线纵向预应力值，对工程有较为直接的指导作用。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种智能钢绞线的水浴循环温度传感特性测试装置，其特征在于，包括光纤光栅智能预应力钢绞线、锚固装置、通水管、穿心式压力传感器、光纤光栅解调仪和红外线测温仪和供液装置；
所述的锚固装置与通水管连接，形成水浴循环测试系统；在所述的通水管上预留有温度测试预留孔、进水孔和出水孔；在每个温度测试预留孔上方安装有红外线测温仪，所述的红外线测温仪，用于试验过程中测试智能钢绞线各测点的实时温度值；所述的进水孔、出水孔与供液装置相连；
所述的光纤光栅智能预应力钢绞线穿入所述的通水管中，且张拉锚固于锚固装置上；光纤光栅智能预应力钢绞线的光纤测点对准温度测试孔位置；
所述的穿心式压力传感器安装在智能预应力钢绞线锚具与锚固装置之间，实时的记录钢绞线预应力值；
所述的光纤光栅解调仪与智能钢绞线连接，用于水浴温度循环测试中实时采集测点光纤波长变化，与穿心式压力传感器测试值进行验证对比。
2.如权利要求1所述的一种智能钢绞线的水浴循环温度传感特性测试装置，其特征在于，所述的锚固装置包括工字钢梁和锚固端钢板，两块锚固端钢板与两块工字钢梁连接成为框架整体，并在两侧锚固端钢板预留可通过智能钢绞线的圆孔，用于钢绞线的穿束及张拉。
3.如权利要求2所述的一种智能钢绞线的水浴循环温度传感特性测试装置，其特征在于，在两侧工字钢梁的上下翼缘处分别焊接L型角钢。
4.如权利要求1所述的一种智能钢绞线的水浴循环温度传感特性测试装置，其特征在于，所述的通水管采用耐高温的三型聚丙烯管，三型聚丙烯管对智能钢绞线进行包裹。
5.如权利要求1所述的一种智能钢绞线的水浴循环温度传感特性测试装置，其特征在于，在所述的温度测试孔位置焊接三通连接件，三通连接件水平方向的两个通道连接PPR管，垂直方向的通道口用于试验过程测试钢绞线光纤测点温度。
6.如权利要求1所述的一种智能钢绞线的水浴循环温度传感特性测试装置，其特征在于，所述的供液装置中设有加热装置。
7.如权利要求1-6任一所述的一种智能钢绞线的水浴循环温度传感特性测试装置的测试方法，其特征在于，
制作锚固装置、锚具，安装通水管；
在通水管的温度测试孔上方设置红外线测温仪，红外线测温仪固定在锚固装置上；
将智能钢绞线穿入通水管中，将智能钢绞线对应的光纤测点对准温度测试孔位置；
智能钢绞线的两端分别穿过穿心式压力传感器，穿心式压力传感器固定锚固装置和锚具固定；
将智能钢绞线与光纤光栅解调仪连接，实时监测钢绞线波长变化；
利用红外线测温仪记录初始状态下钢绞线温度，穿心式压力传感器记录锚下预应力值及光纤光栅解调仪记录光纤波长初始值；
利用加热装置将水加热至试验设计温度后，开始向通水管中注水；从通水管的进水孔开始注水，此时通水管的出水孔处于封闭状态；当热水充满整个通水管时，将进水孔进行封闭并保温，保证钢绞线整体受热均匀；随后将出水孔打开，排空通水管内全部热水，此时智能钢绞线在大气温度影响下开始降温，采用红外线测温仪分别测试钢绞线各个测点温度，同步利用穿心式压力传感器记录锚下预应力值及光纤光栅解调仪测试光纤变化值。
8.如权利要求7所述的测试方法，其特征在于，锚固装置的制作过程：将两块锚固端钢板与两块工字钢梁采用焊接技术连接成为框架整体，并在两侧锚固端钢板预留可通过智能钢绞线的圆孔，在两侧工字钢上下翼缘处分别焊接L型角钢。
9.如权利要求7所述的测试方法，其特征在于，步骤1中通水管的安装方法是：将通长通水管对准两侧锚固端的预留圆孔，采用化学粘贴胶将通水管与锚固装置固定，通水管的两侧留有进、出水孔，中间预留温度测试孔，温度测孔的位置与智能钢绞线光纤测点位置对应，且在每个温度测孔上安装三通连接件。
10.如权利要求7所述的测试方法，其特征在于，对智能钢绞线进行不同张拉荷载等级下进行多次试验，以获得大量实测数据，对试验结果提供可靠依据。
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