CN1412521A - 基于光纤陀螺技术检测水下工程结构形变的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
基于光纤陀螺技术检测水下工程结构形变的方法及装置，由封装在密闭容器中的光纤陀螺仪1、线速度传感器4和信号接收存储单元2组成。该方法及装置利用光纤陀螺仪对角速度敏感的特性，牵引密封容器沿着被测对象运动，对光纤陀螺仪和线速度传感器测得的数据进行处理，根据公式计算即可得到该装置的一维或三维运动轨迹，也就是被测对象的一维或三维挠度和变形情况。该方法及装置针对大型水下工程结构中形变监测的传统方法存在的问题，提供了一种更为精确、便于实施的，连续的检测方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种水下工程结构的形变检测的方法及装置，特别涉及基于光纤陀螺技术检测水下工程结构形变的方法及装置。
背景技术
在许多大型水下工程结构中，监测工程结构形变可以得到重要信息，例如面板的最大挠曲值可以作为面板坝变形控制的一种设计类比指标，水下管道的形状变化是评估管道工作的重要参数。由于实际观测条件限制，这些大型水下工程结构的传统测量方法实施起来都存在很大的问题，其中基准点的确定是最大的难点，例如在大坝和水下管道的测量中，水下寻找基准点相当困难；其次，传统方法根本无法连续精确测量，只能通过某几点的测量值推算出其他点的值；此外，仪器在水下的架设也是难点之一。
发明内容
本发明的目的是针对大型水下工程结构形变检测存在的困难，提供一种更为精确，便于实施的连续检测的方法及装置。
本发明的目的是通过下述的技术方案实现的：基于光纤陀螺技术检测水下工程结构形变的方法，该方法是利用光纤陀螺仪对角速度敏感的特性，牵引光纤陀螺仪沿着被测对象(如坝面、水下管道等)运动，对测得的角速度进行积分得到角度，继而通过公式计算得到整套装置的运动轨迹，也就是被测对象的形状。对两次测得的结果进行比较，就可以得到被测对象的形变值。
上述基于光纤陀螺技术检测水下工程结构形变方法所用的装置包括；光纤陀螺仪、信号接收存储单元、计算机接口、线速度传感器、外壳。光纤陀螺仪、信号接收存储单元、计算机接口、线速度传感器都封装在防水的密封外壳中，并且外壳能在外力驱动下沿被测对象运动，测量数据通过计算机接口传送至计算机进行数据处理。外壳具备有良好的密封、防水和抗干扰性能。
光纤陀螺仪是基于光的干涉效应的角速度传感器，其独特的优势在于它以光速这一绝对量为参照系，是一绝对测量方式。
本发明的基本原理参见图2。假设光纤陀螺仪沿图中曲线运行，采样时间间隔为Δt，在i时刻(Xi，Yi)点与X轴的夹角为θi，此时陀螺的线速度为Vi，光纤陀螺仪测得的角速度为Ω，当测得的时间间隔为Δt足够小时，i+1点的坐标可以用以下公式近似计算得到，
ΔX＝Xi+1-Xi＝ΔL·cosθi
ΔY＝Yi+1-Yi＝ΔL·sinθi
其中，与X轴的夹角θi＝θi-1+Ωi·Δt，Δt内走过的距离ΔL＝Vi·Δt。
计算出所有的坐标后便可以得出陀螺的实际运动轨迹，即被测面的几何形状，从而确定其挠度、准直以及形变等参数。
由上可知，基于光纤陀螺技术检测水下工程结构形变的方法及装置优势在于：只用确定一个基准点，即测量起点的参数，就能连续精确测量所有其他点的参数。而且该装置全部密封在一个容器中，检测时只需牵引该装置沿预设的轨道或原有的管道移动一遍即可。该方法及装置相对于需要多个基准点的传统方法更易于实施，并且彻底解决了传统方法只能测量特定的几个点的不足。
此外，本发明可以在原有方法和装置的基础上，采用基于光纤陀螺技术的捷联式惯性测量系统检测水下工程结构的三维形状曲线，这将是工程中结构形变检测方法的一个重大突破。
附图说明
图1是光纤陀螺检测水下工程结构形变的装置示意图。
图2是基于光纤陀螺技术检测水下工程结构形变方法的基本原理图。
图中标号的含义：1光纤陀螺仪、2信号接收存储单元、3计算机接口、4线速度传感器、5外壳、6被测对象、Δt为采样时间间隔、θi为i时刻夹角，Vi为i时刻线速度。
具体实施方式
基于光纤陀螺技术检测水下工程结构形变的装置的基本组成如图1所示。该装置包括光纤陀螺仪1、信号接收存储单元2、计算机接口3、线速度传感器4、外壳5。光纤陀螺仪1、信号接收存储单元2、计算机接口3、线速度传感器4都装在防水的密闭外壳5中，并且外壳5能在外力驱动下沿被测对象6运动，测量数据通过计算机接口3传送至计算机进行数据处理。外壳5具备良好的密封、防水和抗干扰性能，能适应水下恶劣的外部环境。
测量前确定起始点的倾斜角等参数，测量中需用外力拉动该装置沿着预设的轨道或管道滚动。但该装置应用于大坝变形检测时，在大坝建设初期预设一条轨道，就可以不定期的实施监测；应用于水下管道变形检测时则可以直接利用原有管道。该方法相较于传统测量方法精度更高，更易于实现。
Claims (2)
1、基于光纤陀螺技术检测水下工程结构形变的方法，其特征是利用光纤陀螺仪对角速度敏感的特性，牵引光纤陀螺仪沿着被测对象运动，对测得的角速度进行积分得到角度，继而通过公式计算得到整套装置的运动轨迹，也就是被测对象的形状，对两次测得的结果进行比较，就可以得到被测对象的形变值。
2、权利要求1的方法所用的装置，其特征是该装置包括光纤陀螺仪(1)、信号接收存储单元(2)、计算机接口(3)、线速度传感器(4)、外壳(5)。光纤陀螺仪(1)、信号接收存储单元(2)、计算机接口(3)、线速度传感器(4)都装在防水的密闭外壳(5)中，并且外壳(5)能在外力驱动下沿被测对象(6)运动，测量数据通过计算机接口(3)传送至计算机进行数据处理。外壳(5)具备良好的密封、防水和抗干扰性能。
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