CN111427127A - 一种适用于柔性结构物的光纤安装夹具及其使用方法 - Google Patents

一种适用于柔性结构物的光纤安装夹具及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于柔性结构物的光纤安装夹具，包括底座，在底座的前端设有一个前端压片，在底座的后端设有一个后端压片，在前端压片和后端压片之间固接有两根互相平行、沿底座长度方向延伸的滑轨，在滑轨上安装有滑块，滑块与底座滑动配合，在滑块上固装有光纤夹，在滑块的前端设有左右对称布置的两根限位弹簧Ⅰ，在滑块的后端设有左右对称布置的两根限位弹簧Ⅱ，限位弹簧Ⅰ设置在前端压片与滑块之间，限位弹簧Ⅱ设置在后端压片与滑块之间。本发明还公开了上述夹具的使用方法。本发明能够避免光纤在被监测柔性结构物发生大变形时被拉断，保证光纤能够安全、稳定地实时监测到被监测柔性结构物的变形数据和破坏情况。

Description

一种适用于柔性结构物的光纤安装夹具及其使用方法
技术领域
本发明属于水工监测领域，特别是一种适用于柔性结构物的光纤安装夹具及其使用方法。
背景技术
目前光纤传感技术被广泛的应用于工程领域，如隧道、桥梁、高铁、港口、码头、房屋建筑等。在上述工程中，光纤传感器需采用夹具将光纤固定于刚性结构物上，从而使光纤与刚性结构物达到协同变形的目的。除上述工程，光纤传感器还可应用于航道软体排等柔性结构物的变形监测中，与刚性结构物不同，柔性结构物在安装铺设过程中极易产生大变形，若光纤与柔性结构完全固定则会产生光纤随柔性结构协同变形过大从而拉断的现象。现阶段，具有针对性的，适用于柔性结构物的光纤安装夹具还未出现。因此，针对柔性结构物在安装铺设时如何保证光纤安全性和稳定性的问题极为重要。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够保证光纤安全性和稳定性的适用于柔性结构物的光纤安装夹具及其使用方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的一个技术方案是：一种适用于柔性结构物的光纤安装夹具，包括底座，在所述底座的前端设有一个前端压片，在所述底座的后端设有一个后端压片，在所述前端压片和所述后端压片之间固接有两根互相平行、沿底座长度方向延伸的滑轨，在所述滑轨上安装有滑块，所述滑块与所述底座滑动配合，在所述滑块上固装有光纤夹，在所述滑块的前端设有左右对称布置的两根限位弹簧Ⅰ，在所述滑块的后端设有左右对称布置的两根限位弹簧Ⅱ，所述限位弹簧Ⅰ设置在所述前端压片与所述滑块之间，所述限位弹簧Ⅱ设置在所述后端压片与所述滑块之间，所述限位弹簧Ⅰ的弹性系数为k1，所述限位弹簧Ⅱ弹性系数k2，
k1+k2＝(Fult-F'ult)/(2×(uulm-u'ulm))
式中：Fult为被监测柔性结构物的极限破坏荷载，ulim为被监测柔性结构物与Fult对应的极限变形量，F'ult为监测用光纤的极限拉断荷载，u'lim为监测用光纤与F'ult为对应的极限变形量。
所述限位弹簧Ⅰ和所述限位弹簧Ⅱ相同，且k1＝k2＝(Fult-F'ult)/(4×(uulm-u'ulm))。
所述限位弹簧Ⅰ安装在两个面对面设置的弹簧限位座Ⅰ之间，其中一个所述弹簧限位座Ⅰ固定在所述前端压片上，另一个所述弹簧限位座Ⅰ固定在所述滑块上；所述限位弹簧Ⅱ安装在两个面对面设置的弹簧限位座Ⅱ之间，其中一个所述弹簧限位座Ⅱ固定在所述后端压片上，另一个所述弹簧限位座Ⅱ固定在所述滑块上。
所述光纤夹通过螺丝固接在所述滑块上表面的中部；两个所述弹簧限位座Ⅰ分别固定在所述滑块上表面前端的两个角部，两个所述弹簧限位座Ⅱ分别固定在所述滑块上表面后端的两个角部。
该夹具的四个角部各设有一个夹具安装孔。
该夹具是采用不锈钢材料制成的。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的另一个技术方案是：一种上述光纤安装夹具的使用方法，将柔性结构物夹装在所述底座与所述前端压片、所述后端压片和所述滑块之间，将光纤夹装在所述光纤夹和所述滑块之间。
本发明具有的优点和积极效果是：通过采用具有弹性的夹具固定光纤，并通过设计被监测柔性结构物的警报阈值，将柔性结构物的部分受力和部分形变转移至夹具，以减小光纤的受力和变形，避免光纤在被监测柔性结构物发生大变形时被拉断，保证光纤能够安全、稳定地实时监测到被监测柔性结构物的变形数据和破坏情况，对光纤具有良好的防护效果。并且本发明还具有使用方便、成本造价低、可重复使用的优点。
附图说明
图1为一种适用于柔性结构物的光纤安装夹具斜视图；
图2为一种适用于柔性结构物的光纤安装夹具俯视图；
图3为一种适用于柔性结构物的光纤安装夹具主视图；
图4为一种适用于柔性结构物的光纤安装夹具左视图。
图中：1为夹具底座；2-1为前端压片；2-2为后端压片；3为光纤夹；4-1为弹簧限位座Ⅰ；4-2为弹簧限位座Ⅱ；5-1为限位弹簧Ⅰ；5-2为限位弹簧Ⅱ，6为滑块；7为滑轨；8为光纤夹安装孔；9为夹具安装孔。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图4，一种适用于柔性结构物的光纤安装夹具，包括底座1，在所述底座1的前端设有一个前端压片2-1，在所述底座1的后端设有一个后端压片2-2。
在所述前端压片2-1和所述后端压片2-2之间固接有两根互相平行、沿底座长度方向延伸的滑轨7，在所述滑轨7上安装有滑块6，所述滑块6与所述底座1滑动配合，在所述滑块6上固装有光纤夹3。
在所述滑块6的前端设有左右对称布置的两根限位弹簧Ⅰ5-1，在所述滑块6的后端设有左右对称布置的两根限位弹簧Ⅱ5-2。
所述限位弹簧Ⅰ5-1设置在所述前端压片2-1与所述滑块6之间，所述限位弹簧Ⅱ5-2设置在所述后端压片2-2与所述滑块6之间。
所述限位弹簧Ⅰ5-1的弹性系数为k1，所述限位弹簧Ⅱ5-2的弹性系数为k2，
k1+k2＝(Fult-F'ult)/(2×(uulm-u'ulm))
式中：
Fult为被监测柔性结构物的极限破坏荷载，ulim为被监测柔性结构物与Fult对应的极限变形量，
Fu'lt为监测用光纤的极限拉断荷载，u'lim为监测用光纤与F'ult对应的极限变形量。
确定k1和k2的理由如下：
2(k1+k2)＝k总，k总为夹具的刚度，且
k总＝(Fult-F'ult)/(uulm-u'ulm)
所以，k1+k2＝(Fult-F'ult)/(2×(uulm-u'ulm))。
原理是，为了避免光纤在被监测柔性结构物发生大变形时被拉断，保证光纤能够安全、稳定地实时监测到被监测柔性结构物的变形数据和破坏情况，将柔性结构物受到的超出光纤极限拉断荷载的部分荷载Fult-F'ult以及对应该部分荷载的形变uulm-u'ulm，转移至滑块6两端的限位弹簧Ⅰ5-1和限位弹簧Ⅱ5-2。
优选方案：
为了便于上述方案的实现，可使所述限位弹簧Ⅰ5-1和所述限位弹簧Ⅱ5-2相同，即结构相同，尺寸相同，弹性系数相同，且k1＝k2＝(Fult-F'ult)/(4×(uulm-u'ulm))。
为了便于结构布置，所述限位弹簧Ⅰ5-1安装在两个面对面设置的弹簧限位座Ⅰ4-1之间，其中一个所述弹簧限位座Ⅰ4-1固定在所述前端压片2-1上，另一个所述弹簧限位座Ⅰ4-1固定在所述滑块6上；所述限位弹簧Ⅱ5-2安装在两个面对面设置的弹簧限位座Ⅱ4-2之间，其中一个所述弹簧限位座Ⅱ4-2固定在所述后端压片2-2上，另一个所述弹簧限位座Ⅱ4-2固定在所述滑块6上。
为了便于光纤的固定，在所述光纤夹3上设有光纤夹安装孔8，所述光纤夹3通过螺丝固接在所述滑块6上表面的中部；两个所述弹簧限位座Ⅰ4-1分别固定在所述滑块6上表面前端的两个角部，两个所述弹簧限位座Ⅱ4-2分别固定在所述滑块6上表面后端的两个角部。
为了便于安装且固定可靠，在该夹具的四个角部各设有一个夹具安装孔9。
为了防止锈蚀，保证光纤的工作稳定性，推荐该夹具采用不锈钢材料制作。
上述光纤安装夹具的使用方法，将柔性结构物夹装在所述底座1与所述前端压片2-1、所述后端压片2-2和所述滑块6之间，将光纤夹装在所述光纤夹3和所述滑块6之间。当柔性结构物受到的外荷载F小于等于监测警报阈值Fcr＝Fult-F'ult时，监测光纤开始随光纤夹具中的滑块6一同运动，此时监测光纤内无监测变形数据；当被监测柔性结构物受到的外荷载F大于监测警报阈值Fcr时，监测光纤开始出现变形数据，表明此时该柔性结构物所受外荷载F已经超过了监测警报阈值，此时该柔性结构物的位移变形量为u结构物，
Figure BDA0002488904780000041
其中
Figure BDA0002488904780000042
为该夹具的最大变形量，也是滑块6的最大位移值，也是滑块6两侧限位弹簧组合的极限位移量；当监测光纤监测的柔性结构物位移数据达到最大时，表明监测光纤所受外荷载达到其极限拉断荷载，此时该柔性结构物所受外荷载达到其极限撕裂荷载，该柔性结构物发生撕裂破坏。
实践证明，采用上述夹具固定光纤监测柔性排布，该柔性排布由加强筋肋条和单层排布构成，其中加强筋肋条的宽度为50mm，光纤传感器能够安全、稳定地实时监测到被监测柔性结构物的变形数据和破坏情况。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于柔性结构物的光纤安装夹具，其特征在于，包括底座，在所述底座的前端设有一个前端压片，在所述底座的后端设有一个后端压片，在所述前端压片和所述后端压片之间固接有两根互相平行、沿底座长度方向延伸的滑轨，在所述滑轨上安装有滑块，所述滑块与所述底座滑动配合，在所述滑块上固装有光纤夹，在所述滑块的前端设有左右对称布置的两根限位弹簧Ⅰ，在所述滑块的后端设有左右对称布置的两根限位弹簧Ⅱ，所述限位弹簧Ⅰ设置在所述前端压片与所述滑块之间，所述限位弹簧Ⅱ设置在所述后端压片与所述滑块之间，所述限位弹簧Ⅰ的弹性系数为k1，所述限位弹簧Ⅱ弹性系数k2，
k1+k2＝(Fult-F′ult)/(2×(uulm-u′ulm))
式中：
Fult为被监测柔性结构物的极限破坏荷载，ulim为被监测柔性结构物与Fult对应的极限变形量，
F′ult为监测用光纤的极限拉断荷载，u′lim为监测用光纤与F′ult为对应的极限变形量。
2.根据权利要求1所述的适用于柔性结构物的光纤安装夹具，其特征在于，所述限位弹簧Ⅰ和所述限位弹簧Ⅱ相同，且
k1＝k2＝(Fult-F′ult)/(4×(uulm-u′ulm))。
3.根据权利要求1所述的适用于柔性结构物的光纤安装夹具，其特征在于，所述限位弹簧Ⅰ安装在两个面对面设置的弹簧限位座Ⅰ之间，其中一个所述弹簧限位座Ⅰ固定在所述前端压片上，另一个所述弹簧限位座Ⅰ固定在所述滑块上；所述限位弹簧Ⅱ安装在两个面对面设置的弹簧限位座Ⅱ之间，其中一个所述弹簧限位座Ⅱ固定在所述后端压片上，另一个所述弹簧限位座Ⅱ固定在所述滑块上。
4.根据权利要求2所述的适用于柔性结构物的光纤安装夹具，其特征在于，所述光纤夹通过螺丝固接在所述滑块上表面的中部；两个所述弹簧限位座Ⅰ分别固定在所述滑块上表面前端的两个角部，两个所述弹簧限位座Ⅱ分别固定在所述滑块上表面后端的两个角部。
5.根据权利要求1所述的适用于柔性结构物的光纤安装夹具，其特征在于，该夹具的四个角部各设有一个夹具安装孔。
6.根据权利要求1所述的适用于柔性结构物的光纤安装夹具，其特征在于，该夹具是采用不锈钢材料制成的。
7.一种如权利要求1所述光纤安装夹具的使用方法，其特征在于，柔性结构物夹装在所述底座与所述前端压片、所述后端压片和所述滑块之间，光纤夹装在所述光纤夹和所述滑块之间。
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