CN116625266A - 基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统和方法，包括：光发生器、光环形器、光纤光栅应变传感阵列、解调装置和数据分析处理装置；光发生器用于生成目标脉冲光；光环形器用于将目标脉冲光输入至光纤光栅应变传感阵列；光纤光栅应变传感阵列包括传感光纤和多个弱反射光栅，多个弱反射光栅等间距刻写于传感光纤，多个弱光栅用于获取工程结构中多个分布式测点的光栅应变信号；解调装置用于对光栅应变信号进行解调，获得光栅应变解调数据；数据分析处理装置与解调装置通信连接，用于根据应变解调数据，确定工程结构的应力分布状态。本发明解决了现有技术中无针对工程结构的应变监测的分布式光纤光栅传感网络的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及公路基础设施服役状态安全监测技术领域，具体涉及一种基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统和方法。
背景技术
我国公路基础设施规模庞大，长期服役性能观测处于起步阶段。公路基础设施包括路面、桥梁、边坡、隧道等，公路基础设施都属于大型土木结构，体积大、距离长，对这类土木结构的监测，需要使用大型传感网络。应变是重要的检测指标，譬如，道面沉降，主梁内应力，边坡滑移，隧道变形等重要结构信息都能通过应变测量来获取，因此，采用先进传感技术对结构应变进行分布式测量，获取结构的应变场，能对其工作状态和服役性能进行实时监控和动态评估，为公路基础设施的运营管理、养护决策的制定提供重要依据。
常用应变测量技术主要有电测法和光纤传感测量法。基于电阻应变片、钢弦计等传统电测方法只能对结构进行单点、局部测量，难以形成分布式传感网络。目前长距离光纤传感技术主要有布里渊光时域反射/分析(BOTDR/A)技术和常规的FBG传感技术。BOTDR/A技术虽然能实现结构的分布感知，但其测量精度差，采样频率极低，只能进行静态或准静态测量，而且对无主筋结构（如素混凝土结构、道面基层、沥青层等）的应变无法直接测量。常规的FBG传感技术，单根光纤复用传感器数量通常少于20个，只能组建小规模传感网络，而且每个FBG传感器都需要独立封装与安装。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统和方法，解决现有技术中无针对工程结构的应变监测的分布式光纤光栅传感网络的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统，包括：光发生器、光环形器、光纤光栅应变传感阵列、解调装置和数据分析处理装置；
所述光发生器，用于生成目标脉冲光，并将所述目标脉冲光输入至所述光环形器的第一端口；
所述光环形器的第二端口与所述光纤光栅应变传感阵列通信连接，用于将所述第一端口输入的所述目标脉冲光输出至所述光纤光栅应变传感阵列；
所述光纤光栅应变传感阵列包括传感光纤，所述传感光纤上等间距刻有多个弱反射光栅，所述多个弱反射光栅用于获取工程结构中多个分布式测点的光栅应变信号；
所述光环形器的第三端口通信连接于所述解调装置，还用于将所述光栅应变信号输入至所述解调装置；
所述解调装置用于对所述光栅应变信号进行解调，获得光栅应变解调数据；
所述数据分析处理装置与所述解调装置通信连接，用于根据所述应变解调数据，确定工程结构的应力分布状态信息。
在一些实施例中，所述系统还包括监控终端单元，所述监控终端单元与所述数据分析处理装置通信连接，用于接收所述工程结构的应力分布状态信息，根据所述应力分布状态信息构建工程结构虚拟模型，并根据所述工程结构虚拟模型实时显示工程结构的应变参量。
在一些实施例中，所述传感光纤包括圆状传感光纤和扁平状传感光纤；所述圆状传感光纤和所述扁平状传感光纤均采用预应力技术成缆制造，获得具有预应力储备的圆状传感光缆和扁平状传感光缆。
在一些实施例中，所述工程结构包括公路路面结构、公路桥梁结构、公路隧道结构和公路边坡结构；
所述数据分析处理装置包括公路路面结构数据分析处理子装置、公路桥梁结构数据分析处理子装置、公路隧道结构数据分析处理子装置和公路边坡结构数据分析处理子装置；
所述公路路面结构数据分析处理子装置，用于根据对应的所述光栅应变解调数据，确定公路路面结构的应力分布状态信息；
所述公路桥梁结构数据分析处理子装置，用于根据对应的所述光栅应变解调数据，确定公路桥梁结构的应力分布状态信息；
所述公路隧道结构数据分析处理子装置，用于根据对应的所述光栅应变解调数据，确定公路隧道结构的应力分布状态信息；
所述公路边坡结构数据分析处理子装置，用于根据对应的所述光栅应变解调数据，确定公路边坡结构的应力分布状态信息。
在一些实施例中，所述公路路面结构包括土基层、底基层、下基层、上基层和沥青面层；
确定公路路基沉降分布情况和病害等级，包括在所述土基层上沿公路的长度方向铺设所述光纤光栅应变传感阵列；
确定公路路基裂缝病害分布情况和病害等级，包括在所述底基层、所述下基层和所述上基层沿公路的长度方向及公路宽度方向分别铺设所述光纤光栅应变传感阵列。
在一些实施例中，所述公路隧道结构包括衬砌结构，采用所述光纤光栅应变传感阵列确定所述公路隧道结构的应力分布状态信息包括：
将所述光纤光栅应变传感阵列分别沿公路隧道的长度方向及所述衬砌结构的宽度方向铺设于所述衬砌结构上。
在一些实施例中，所述公路桥梁结构包括桥梁主梁和桥梁腹板；采用所述光纤光栅应变传感阵列确定所述公路桥梁结构的应力分布状态信息包括：
将圆状的所述光纤光栅应变传感阵列沿桥梁结构的长度方向埋设于所述桥梁主梁中；
将扁平状的所述光纤光栅应变传感阵列沿桥梁结构的长度方向敷设于所述桥梁腹板上。
在一些实施例中，所述公路边坡结构包括边坡浅土层和边坡桩基；采用所述光纤光栅应变传感阵列确定所述公路边坡结构的应力分布状态信息包括：
将所述光纤光栅应变传感阵列沿所述浅土层呈网格状布置于所述浅土层上；以及
将所述光纤光栅应变传感阵列沿所述边坡桩基的深度方向埋设于所述边坡桩基中。
在一些实施例中，所述公路路面结构数据分析处理子装置包括路基沉降监测单元、路基裂缝监测单元和路基参数监测单元；
所述路基沉降监测单元用于基于所述光栅应变解调数据，确定路基光栅初始应变数据、路基光栅监测数据和路基光栅增量数据；并根据所述路基光栅初始应变数据和所述路基光栅监测数据对所述路基光栅增量数据的相关性和变化趋势影响程度，确定公路路基沉降分布情况和病害等级；
所述路基裂缝监测单元用于根据所述路基光栅初始应变数据和所述路基光栅监测数据对所述路基光栅增量数据的相关性和变化趋势影响程度，确定公路路基裂缝病害分布情况和病害等级；
所述路基参数监测单元用于根据所述光栅应变解调数据，获取公路路基空洞数据和公路路面错台数据。
第二方面，本发明还提供了一种基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测方法，应用于上述任一项所述的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统，所述方法包括：
获取所述工程结构的光栅应变信号；
采用预设的解调装置对所述光栅应变信号进行解调，获得光栅应变解调数据；
采用预设的数据分析法对所述光栅应变解调数据进行应力状态分析，确定所述工程结构的应力分布状态信息。
与现有技术相比，本发明提供的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统和方法，采用光发生器生成目标脉冲光作为信号载体，通过光纤光栅应变传感阵列，利用传感光纤上等间距刻写在传感光纤上的多个弱反射光栅，形成分布式连续的测量网络，监测工程结构局部和整体的内应力，并通过解调装置对光纤光栅应变传感阵列监测到的应变信号进行解调，从而通过数据分析处理装置对解调后的应变解调数据进行分析处理，获得工程结构的应力分布状态信息，本发明通过连续内应力、分布式和多应用场景的内应力监测，提高了对工程结构内应力监测的全面性。
附图说明
图1是本发明提供的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统一实施例的结构示意图；
图2是本发明提供的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统中，圆状传感光纤一实施的结构示意图；
图3是本发明提供的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统中，扁平状传感光纤一实施的结构示意图；
图4是本发明提供的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统中，数据分析处理装置一实施例的结构示意图；
图5是本发明提供的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统中，光纤光栅应变传感阵列用于公路路面结构分布式应变监测的测点布置示意图；
图6是本发明提供的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统中，光纤光栅应变传感阵列用于公路隧道衬砌结构分布式应变监测的测点布置示意图；
图7是本发明提供的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统中，光纤光栅应变传感阵列用于桥梁主梁结构分布式应变监测的测点布置示意图；
图8是本发明提供的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统中，光纤光栅应变传感阵列用于公路边坡结构分布式应变监测的测点布置示意图；
图9是本发明提供的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测方法一实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明提供了一种基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统和方法，以下分别进行说明。
本发明实施例提供的一种基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统1，请参阅图1，包括：光发生器11、光环形器12、光纤光栅应变传感阵列13、解调装置14和数据分析处理装置15；
所述光发生器11用于生成目标脉冲光，并将所述目标脉冲光输入至所述光环形器12的第一端口；
所述光环形器12的第二端口与所述光纤光栅应变传感阵列13通信连接，用于将所述第一端口输入的所述目标脉冲光输出至所述光纤光栅应变传感阵列13；
所述光纤光栅应变传感阵列13包括传感光纤131，所述传感光纤上等间距刻有多个弱反射光栅132，所述多个弱反射光栅132用于获取工程结构中多个分布式测点的光栅应变信号；
所述光环形器12的第三端口通信连接于所述解调装置14，还用于将所述光栅应变信号输入至所述解调装置14；
所述解调装置14用于对所述光栅应变信号进行解调，获得光栅应变解调数据；
所述数据分析处理装置15与所述解调装置14通信连接，用于根据所述应变解调数据，确定工程结构的应力分布状态。
与现有技术相比，本发明采用光发生器11生成目标脉冲光作为信号载体，通过光纤光栅应变传感阵列13，利用传感光纤上等间距刻写在传感光纤上的多个弱反射光栅，形成分布式连续的测量网络，监测工程结构局部和整体的内应力，并通过解调装置14对光纤光栅应变传感阵列13监测到的应变信号进行解调，从而通过数据分析处理装置15对解调后的应变解调数据进行分析处理，获得工程结构的应力分布状态，本发明通过连续内应力、分布式和多应用场景的内应力监测，提高了对工程结构内应力监测的全面性。
进一步的，本发明使用的光纤光栅阵应变传感阵列13作为传感器集传感与传输于一体，具有成本低、耐腐蚀、抗电磁干扰、传输损耗低等优点，在现场不需要布设额外电缆，降低了对桥梁振动模态进行监测的成本。
进一步的，通过设置光纤光栅阵应变传感阵列13，光纤光栅阵应变传感阵列13包括传感光纤和等距间隔刻写在传感光纤上的多个弱反射光栅，可发挥光纤光栅阵应变传感阵列中弱反射光栅大容量、高密度的优势，形成大范围的分布式应力应变监测网络，密集的测点可以保证实现局部和整体的内应力测试，光纤光栅应变传感阵列13对工程结构进行全时全域全天候监测，实现对工程结构的全面监测。
需要说明的是，光纤光栅阵应变传感阵列13是在拉丝塔上连续制备的，包括若干等间距分布的弱反射光栅，弱反射光栅的反射率不超过0.1%。通过拉丝塔制备的光纤无熔接点，机械强度好、传输损耗小；无需单独封装传感器，从传感光纤到成品光缆采用工业流水线生产，一次成型，一致性能好，极易形成大容量、长距离、高密度的大型传感网络，能够实现对公路基础设施的全时、全域和全天候监测。
需要说明的是，于本实施例中，解调装置14为波分时分混合复用解调装置，包括：宽带光源、半导体放大模块、光环形器、光电转换模块、模数转换模块、电源模块、数据临时存储卡以及信号发送器，光环形器连接光纤光栅应变传感阵列。本发明实施例采用的阵列光栅传感技术，利用光纤波分和时分混合复用技术，通过探测光栅反射光的波长变化来感知结构的应力变化，探测反射光的时程来定位测点位置，探测信号稳定，信噪比高，提高了系统安全监测的准确性。
在一些实施例中，请参阅图1，所述系统还包括监控终端单元16，所述监控终端单元16与所述数据分析处理装置15通信连接，用于接收所述工程结构的应力分布状态信息，根据所述应力分布状态信息构建工程结构虚拟模型，并根据所述工程结构虚拟模型实时显示工程结构的应变参量。
在本实施例中，通过设置监控终端单元16能够及时且实时的监测到工程结构的应力的状态，从而及时调整和观测工程情况。
在一些实施例中，请参阅图2和图3，所述传感光纤131包括圆状传感光纤131a和扁平状传感光纤131b；所述圆状传感光纤131a和所述扁平状传感光纤131b均采用预应力技术成缆制造，获得具有预应力储备的圆状传感光缆和扁平状传感光缆。
为了达到更好的安装效果，使光纤光栅在对应变的检测过程中能够更准确且安装更方便，在本实施例中，扁平状传感光纤131b包括多个扁平状应变传感光缆301，扁平状应变传感光缆301包括应变传感光纤302以及包覆应变传感光纤 302的矩形应变固化层304。为了固化方便，在本发明的一些实施例中，矩形应变固化层304为紫外固化胶层。圆状传感光纤131a包括多个圆状应变传感光缆201，圆状应变传感光缆201由内至外同轴设置的应变传感光纤202、光纤粘接剂层203、光纤保护层205以及光纤外护套206。
其中，光纤保护层具体为金属铠装结构，通过这种设置可以降低圆状应变传感光缆的应变传递效率损失，进而保证基于圆状应变传感光栅阵列监测到的工程结构应变的准确性。并且，光纤外护套的材质为高密度聚乙烯材料，光纤外护套中设置有2根钢丝。
进一步的，通过在所述圆状传感光纤131a和所述扁平状传感光纤131b均采用预应力技术成缆制造，应变传感光缆上所有弱光栅传感器都有预应力储备，安装时无需再施加预应力，可直接用于公路路面、桥面、边坡表面等无主筋结构的应变和变形测量。
在一些实施例中，所述工程结构包括公路路面结构、公路桥梁结构、公路隧道结构和公路边坡结构；请参阅图4：
所述数据分析处理装置15包括公路路面结构数据分析处理子装置151、公路桥梁结构数据分析处理子装置152、公路隧道结构数据分析处理子装置153和公路边坡结构数据分析处理子装置154；
所述公路路面结构数据分析处理子装置151，用于根据对应的所述应变解调数据，确定公路路面结构的应力分布状态；
所述公路桥梁结构数据分析处理子装置152，用于根据对应的所述应变解调数据，确定公路桥梁结构的应力分布状态；
所述公路隧道结构数据分析处理子装置153，用于根据对应的所述应变解调数据，确定公路隧道结构的应力分布状态；
所述公路边坡结构数据分析处理子装置154，用于根据对应的所述应变解调数据，确定公路边坡结构的应力分布状态。
在本实施例中，通过光纤光栅应变传感阵列13即可监测多种应用场景的工程结构的内应力，从而更好地实现对工程结构的全方位的监测。
需要说明的是，本发明光纤光栅分布式应变监测系统可应用于多种不同类型的工程结构，不限于公路路面结构、公路桥梁结构、公路隧道结构和公路边坡结构。至少还包括港口、铁路、机场道面、管线、地下工程、大坝和房屋等，可以理解的是，本发明不限定工程结构的具体类别，以及对于不同的工程结构光缆的铺设方式也不限定。
进一步的，所述公路桥梁结构数据分析处理子装置152的主梁内应力监测数据分析处理单元用于获得所述公路桥梁主梁整体光栅初始应变数据、整体光栅应变监测数据及整体光栅应变增量数据，根据对整体光栅应变增量相关性及其变化趋势分析，并与设计或成桥荷载试验数据比较，评估公路桥梁主梁内应力分布情况和安全状态。
公路桥梁结构数据分析处理子装置152的主梁线形监测数据分析处理单元用于获得所述公路桥梁主梁整体光栅初始应变数据、整体光栅应变监测数据及整体光栅应变增量数据，根据对整体光栅应变增量相关性及应变-变形转换方法，并与设计规范或成桥荷载试验数据比较，评估公路桥梁主梁线形变化情况和安全状态。公路桥梁结构数据分析处理子装置152的桥梁主梁其他监测参数数据分析处理单元包括主梁预应力监测、纵向位移监测等。
所述公路隧道结构数据分析处理子装置153的隧道衬砌应力监测数据分析处理单元用于获得所述公路隧道衬砌整体光栅初始应变数据、整体光栅应变监测数据及整体光栅应变增量数据，根据对整体光栅应变增量相关性分析及其变化趋势分析，评估公路隧道衬砌应力分布情况和状态安全。公路隧道结构数据分析处理子装置153的隧道衬砌变形监测数据分析处理单元用于获得所述公路隧道衬砌整体光栅初始应变数据、整体光栅应变监测数据及整体光栅应变增量数据，根据整体光栅应变增量以及应变-变形转换方法，评估公路隧道衬砌变形分布情况和状态安全。公路隧道结构数据分析处理子装置153的隧道衬砌其他监测参数数据分析处理单元包含隧道衬砌脱空、错台、渗漏监测等等。
公路边坡结构数据分析处理子装置154的边坡浅土层滑移监测数据分析处理单元用于获得公路边坡浅土层整体光栅初始应变数据、整体光栅应变监测数据及整体光栅应变增量数据，根据对整体光栅应变增量相关性分析及其变化趋势分析，评估公路边坡浅土层滑移分布情况和危险等级。公路边坡结构数据分析处理子装置154的边坡桩基变形监测数据分析处理单元用于获得公路抗滑桩整体光栅初始应变数据、整体光栅应变监测数据及整体光栅应变增量数据，并将光栅应变增量数据换算水平变形数据，由抗滑桩分布式应变得到抗滑桩沿深度方向变形分布情况并评估危险等级。公路边坡结构数据分析处理子装置154的边坡其他监测参数数据分析处理单元包含边坡失稳落石、边坡锚杆监测等。
公路路面结构数据分析处理子装置151的路基沉降监测单元用于获得所述公路路基整体光栅初始应变数据、整体光栅应变监测数据及整体光栅应变增量数据，根据对整体光栅应变增量相关性及其变化趋势分析，评估公路路基沉降病害分布情况和病害等级。公路路面结构数据分析处理子装置151的路基裂缝监测数据分析处理单元用于获得所述公路路基整体光栅初始应变数据、整体光栅应变监测数据及整体光栅应变增量数据，根据对整体光栅应变增量相关性及其变化趋势分析，评估公路路基裂缝病害分布情况和病害等级。公路路面结构数据分析处理子装置151的路基其他监测参数数据分析处理单元包含公路路基空洞、公路路面错台监测等。
在一些实施例中，所述公路路面结构包括土基层、底基层、下基层、上基层和沥青面层；
所述确定公路路基沉降分布情况和病害等级，包括在所述土基层上沿公路的长度方向铺设所述光纤光栅应变传感阵列13；
所述确定公路路基裂缝病害分布情况和病害等级，包括在所述底基层、下基层和上基层沿公路的长度方向及公路宽度方向分别铺设所述光纤应变传感阵列。
如图5所示，公路路面结构91一般包含土基层9101、底基层9102、下基层9103、上基层9104及沥青面层9105。为了监测公路路基沉降，需要在土基层9101上布置纵向阵列光栅应变传感光缆2011，为了监测基层及面层裂缝，需要在分别在底基层、底基层9102、下基层9103、上基层9104上布置纵向阵列光栅应变传感光缆2011和横向阵列光栅应变传感光缆2012。
具体布设方式为：对于监测路基沉降的纵向阵列光栅应变传感光缆2011，在土路基9101表面，采用放缆车将光缆沿纵向放置在图纸设计位置上，每隔5米打线卡固定，随着底基层9102的摊铺，阵列光栅应变传感光缆201逐渐完成安装；对于监测路基裂缝的阵列光栅应变传感光缆201，分别在底基层9102、下基层9103、上基层9104上进行安装，纵向阵列光栅应变传感光缆2011采用直接敷设方式，横向阵列光栅应变传感光缆2012则采用开槽方式敷设，开槽宽度一般为3cm宽，5cm深。随着各层的摊铺，阵列光栅应变传感光缆201逐渐完成安装。
在一些实施例中，所述公路隧道结构包括衬砌结构，采用所述光纤光栅应变传感阵列13确定所述公路隧道结构的应力分布状态包括：
将所述光纤光栅应变传感阵列13分别沿公路隧道的长度方向及衬砌结构的宽度方向铺设于所述衬砌结构上。
在本实施例中，请参阅图6，公路隧道衬砌结构93主要采用扁平状阵列光栅应变传感光缆301进行环向和纵向监测，具体布设方式为：在公路隧道衬砌结构93表面，采用卡夫特AB胶对环向阵列光栅应变传感光缆3012和纵向阵列光栅应变传感光缆3011进行粘贴安装，光缆安装完成后，为了对光缆进行保护和防潮处理，先在光缆周围刷一层防水胶，固化后，再刷浸渍胶安装碳纤维布。
在一些实施例中，所述公路桥梁结构包括桥梁主梁和桥梁腹板；采用所述光纤光栅应变传感阵列13确定所述公路桥梁结构的应力分布状态包括：
将所述圆状光纤光栅应变传感阵列沿桥梁结构的长度方向埋设于所述桥梁主梁中；
将所述扁平状光纤光栅应变传感阵列沿桥梁结构的长度方向敷设于所述桥梁腹板上。
在一个具体的实施例中，请参阅图7，桥梁主梁结构的材质为混凝土，为一新建小箱梁梁式桥，为了监测桥梁主梁结构92的内应力和线形，需要将圆状光栅阵列应变传感光缆201埋设于桥梁主梁结构顶板92中，使得圆状光栅阵列应变传感光缆201与桥梁主梁92合为一体。为了监测桥梁主梁92腹板裂缝，需要将扁平状光栅阵列应变传感光缆301表贴于桥梁主梁结构92腹板上。 具体布设方式：对于监测桥梁主梁92内应力和线形的圆状光栅阵列应变传感光缆201，采用放缆车将其沿桥面纵向敷设，每隔5米用线卡固定，随着现浇层的浇筑，圆状光栅阵列应变传感光缆201埋设于桥梁主梁结构92中。对于监测桥梁主梁92腹板裂缝的扁平状光栅阵列应变传感光缆301，需要采用卡夫特AB胶对扁平状光栅阵列应变传感光缆301进行粘贴安装，安装完成后，为了对光缆进行保护和防潮处理，先在光缆周围刷一层防水胶，固化后，再刷浸渍胶安装碳纤维布。
在一些实施例中，所述公路边坡结构包括边坡浅土层和边坡桩基；采用所述光纤光栅应变传感阵列13确定所述公路边坡结构的应力分布状态包括：
将所述光纤光栅应变传感阵列13沿所述浅土层呈网格状布置于所述浅土层上；以及
将所述光纤光栅应变传感阵列13沿所述边坡桩基的深度方向埋设于所述边坡桩基中。
在本实施例中，请参阅图8，公路边坡结构94的边坡浅土层9401滑移监测和边坡桩基9402变形监测。为了监测边坡浅土层9401的滑移，需要在边坡治理时将阵列光栅应变传感光缆201沿钢构格网状布置，为了监测边坡桩基9402变形，需要在边坡治理时将阵列光栅应变传感光缆201沿桩基深度方向布置。
具体布置方式：对于监测边坡浅土层9401滑移的阵列光栅应变传感光缆201，在钢构格布置后，将阵列光栅应变传感光缆201沿钢构格成网状绑扎，随着钢构格混凝土的浇筑，阵列光栅应变传感光缆201被埋设于边坡浅土层9401中。对于监测边坡桩基9402变形的阵列光栅应变传感光缆201，在桩基钢筋骨架吊装前，将阵列光栅应变传感光缆201沿竖向主筋呈U型布置，使U型平面与边坡滑移方向垂直，随着桩基的混凝土灌注，阵列光栅应变传感光缆201被埋设于边坡桩基9402中。
基于上述基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统，本发明还提供一种基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测方法，请参阅图9，方法包括：
S901、获取所述工程结构的光栅应变信号；
S902、采用预设的解调装置对所述光栅应变信号进行解调，获得光栅应变解调数据；
S903、采用预设的数据分析法对所述光栅应变解调数据进行应力状态分析，确定所述工程结构的应力分布状态。
在本实施例中，首先基于光发生器11生成脉冲光，随后通过光环形器将脉冲光输入至光纤光栅应变传感阵列13，通过光纤光栅应变传感阵列13获取工程结构中多个节点的光栅应变信号，并采用预设的解调装置14对光栅应变信号进行解调，获得光栅应变解调数据，最后基于数据分析处理装置15对光栅应变解调数据进行应力状态分析，确定工作结构的应力分布状态。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统，其特征在于，包括：光发生器、光环形器、光纤光栅应变传感阵列、解调装置和数据分析处理装置；
所述光发生器，用于生成目标脉冲光，并将所述目标脉冲光输入至所述光环形器的第一端口；
所述光环形器的第二端口与所述光纤光栅应变传感阵列通信连接，用于将所述第一端口输入的所述目标脉冲光输出至所述光纤光栅应变传感阵列；
所述光纤光栅应变传感阵列包括传感光纤，所述传感光纤上等间距刻有多个弱反射光栅，所述多个弱反射光栅用于获取工程结构中多个分布式测点的光栅应变信号；
所述光环形器的第三端口通信连接于所述解调装置，还用于将所述光栅应变信号输入至所述解调装置；
所述解调装置用于对所述光栅应变信号进行解调，获得光栅应变解调数据；
所述数据分析处理装置与所述解调装置通信连接，用于根据所述光栅应变解调数据，确定工程结构的应力分布状态信息。
2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统，其特征在于，所述系统还包括监控终端单元，所述监控终端单元与所述数据分析处理装置通信连接，用于接收所述工程结构的应力分布状态信息，根据所述应力分布状态信息构建工程结构虚拟模型，并根据所述工程结构虚拟模型实时显示工程结构的应变参量。
3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统，其特征在于，所述传感光纤包括圆状传感光纤和扁平状传感光纤；所述圆状传感光纤和所述扁平状传感光纤均采用预应力技术成缆制造，获得具有预应力储备的圆状传感光缆和扁平状传感光缆。
4.根据权利要求3所述的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统，其特征在于，所述工程结构包括公路路面结构、公路桥梁结构、公路隧道结构和公路边坡结构；
所述数据分析处理装置包括公路路面结构数据分析处理子装置、公路桥梁结构数据分析处理子装置、公路隧道结构数据分析处理子装置和公路边坡结构数据分析处理子装置；
所述公路路面结构数据分析处理子装置，用于根据对应的所述光栅应变解调数据，确定公路路面结构的应力分布状态信息；
所述公路桥梁结构数据分析处理子装置，用于根据对应的所述光栅应变解调数据，确定公路桥梁结构的应力分布状态信息；
所述公路隧道结构数据分析处理子装置，用于根据对应的所述光栅应变解调数据，确定公路隧道结构的应力分布状态信息；
所述公路边坡结构数据分析处理子装置，用于根据对应的所述光栅应变解调数据，确定公路边坡结构的应力分布状态信息。
5.根据权利要求4所述的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统，其特征在于，所述公路路面结构包括土基层、底基层、下基层、上基层和沥青面层；
确定公路路基沉降分布情况和病害等级，包括在所述土基层上沿公路的长度方向铺设所述光纤光栅应变传感阵列；
确定公路路基裂缝病害分布情况和病害等级，包括在所述底基层、所述下基层和所述上基层沿公路的长度方向及公路宽度方向分别铺设所述光纤光栅应变传感阵列。
6.根据权利要求4所述的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统，其特征在于，所述公路隧道结构包括衬砌结构，采用所述光纤光栅应变传感阵列确定所述公路隧道结构的应力分布状态信息包括：
将所述光纤光栅应变传感阵列分别沿公路隧道的长度方向及所述衬砌结构的宽度方向铺设于所述衬砌结构上。
7.根据权利要求4所述的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统，其特征在于，所述公路桥梁结构包括桥梁主梁和桥梁腹板；采用所述光纤光栅应变传感阵列确定所述公路桥梁结构的应力分布状态信息包括：
将圆状的所述光纤光栅应变传感阵列沿桥梁结构的长度方向埋设于所述桥梁主梁中；
将扁平状的所述光纤光栅应变传感阵列沿桥梁结构的长度方向敷设于所述桥梁腹板上。
8.根据权利要求4所述的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统，其特征在于，所述公路边坡结构包括边坡浅土层和边坡桩基；采用所述光纤光栅应变传感阵列确定所述公路边坡结构的应力分布状态信息包括：
将所述光纤光栅应变传感阵列沿所述浅土层呈网格状布置于所述浅土层上；以及
将所述光纤光栅应变传感阵列沿所述边坡桩基的深度方向埋设于所述边坡桩基中。
9.根据权利要求4所述的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统，其特征在于，所述公路路面结构数据分析处理子装置包括路基沉降监测单元、路基裂缝监测单元和路基参数监测单元；
所述路基沉降监测单元用于基于所述光栅应变解调数据，确定路基光栅初始应变数据、路基光栅监测数据和路基光栅增量数据；并根据所述路基光栅初始应变数据和所述路基光栅监测数据对所述路基光栅增量数据的相关性和变化趋势影响程度，确定公路路基沉降分布情况和病害等级；
所述路基裂缝监测单元用于根据所述路基光栅初始应变数据和所述路基光栅监测数据对所述路基光栅增量数据的相关性和变化趋势影响程度，确定公路路基裂缝病害分布情况和病害等级；
所述路基参数监测单元用于根据所述光栅应变解调数据，获取公路路基空洞数据和公路路面错台数据。
10.一种基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测方法，应用于如权利要求1-9任一项所述的基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统，其特征在于，所述方法包括：
获取所述工程结构的光栅应变信号；
采用预设的解调装置对所述光栅应变信号进行解调，获得光栅应变解调数据；
采用预设的数据分析法对所述光栅应变解调数据进行应力状态分析，确定所述工程结构的应力分布状态信息。
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