CN105043613A - 一种基于光纤光栅传感技术的索体应力测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤光栅传感技术的索体应力测量装置，包括定位底板，定位底板表面对称设置有两个夹紧部，夹紧部包括依次叠加设置的下夹块、上夹块和上压块，下夹块两端均设置有贯穿所述下夹块的表面和底部的螺纹通孔，定位底板通过第一螺钉与螺纹通孔锁固，下夹块表面中部设置有第一弧形凹槽，上夹块底部中间设置有与第一弧形凹槽相对称的第二弧形凹槽，第一弧形凹槽配合第二弧形凹槽夹紧索体，两个夹紧部夹设在光纤光栅传感器两端，上压块通过第三螺钉将所述光纤光栅传感器的端部固定在上夹块表面，光纤光栅传感器与数据采集器连接。本发明安装方便，具有抗电磁、质量轻、电绝缘性好、耐腐蚀、传输损耗小等优点。

Description

一种基于光纤光栅传感技术的索体应力测量装置

技术领域

本发明涉及检测装置领域，具体涉及一种基于光纤光栅传感技术的索体应力测量装置。

背景技术

目前，工程中常用的索力测量方法有：振动频率法、油压表读数法、压力传感器法和三点弯曲法。

频率法有诸多缺点，应用该方法进行拉索的索力测试时，通常我们将拉索的两端定义为铰支支座或者是固定支座，但是，对于多点弹性支撑边界的情况下，索力的大小与频率之间的关系不确定。同时拉索的自震频率的拾取及确定现在还都存在着一定困难。

应用油压表读数法在工程中测量索力时只适用于测量施工过程中结构的主动索索力，无法测量已经张拉完毕的拉索索力或者被动产生拉力的索内力。

压力传感器法中一般采用荷重传感器，也具有许多缺点，荷重传感器的体积和质量都很大，导致安装不便；在对索体应力数据测量时，难以对损坏的荷重传感器进行维修；同时，荷重传感器价格很高，维修费用也很高，所以难以在工程中普遍使用。

三点测量法测量索力的缺点是在测量过程中将拉索假定成为“完全柔性”，但在实际中，这还需要考虑拉索界面的抗弯的能力，否则就会使测量结果偏大，导致测量的不准确。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种基于光纤光栅传感技术的索体应力测量装置，本发明安装方便，具有质量轻、抗电磁、电绝缘性好、耐腐蚀、传输损耗小等优点，能重复稳定的测量索体的应变。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于光纤光栅传感技术的索体应力测量装置，包括定位底板，所述定位底板表面对称设置有两个夹紧部，所述夹紧部包括依次叠加设置的下夹块、上夹块和上压块，所述下夹块两端均设置有贯穿所述下夹块的表面和底部的螺纹通孔，所述定位底板通过第一螺钉与螺纹通孔锁固，所述下夹块表面中部设置有第一弧形凹槽，所述上夹块底部中间设置有与第一弧形凹槽相对称的第二弧形凹槽，所述第一弧形凹槽配合第二弧形凹槽夹紧索体，所述上夹块两端均通过第二螺钉与螺纹通孔锁固，所述的两个夹紧部夹设在光纤光栅传感器两端，所述上压块通过第三螺钉将所述光纤光栅传感器的端部固定在上夹块表面，所述光纤光栅传感器与数据采集器连接。

进一步的，所述上夹块和下夹块之间还设置有第一间隙，所述第一弧形凹槽的半径和第二弧形凹槽的半径均等于索体的半径。

进一步的，所述上夹块顶部中间和上压块底部中间均设置有第三弧形凹槽。

进一步的，所述的两个第三弧形凹槽之间设置有第二间隙，所述第三弧形凹槽的半径等于光纤光栅传感器端部的半径。

进一步的，所述光纤光栅传感器为单向应变光纤光栅传感器或双向应变光纤光栅传感器。

本发明的有益效果是:

本装置不会对索体表面造成伤害，保证索体的安全，并且拆装方便，拆装过程不会影响索体的正常使用。

本装置应用范围广，既可以对新建索结构在索张拉施工之前安装本装置，能够在索结构施工阶段及运营周期内对索力进行全过程监测，又可以在已经运营的索结构上安装本装置，在原有索力的基础上监测外界因素引起的索力的变化量。

本装置加入定位底板，通过其定位功能可以保持索体上夹具的平行对称，进而保证光纤光栅传感器相对于索体平行设置及测量数据的准确性。

光纤光栅传感器的运用使得装置在使用时具备抗电磁干扰、电绝缘性能好、耐腐蚀、传输损耗小等特点，且使用时不需要工程人员定期到现场操作，只需将多个传感器串联后通过通讯光缆将信号传输回控制室的数据采集器中，就能实现自动化采集，达到长期连续的监测效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的侧视结构示意图。

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作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。

实施例一

参照图1与图2所示，一种基于光纤光栅传感技术的索体应力测量装置，包括定位底板1，定位底板表面对称设置有两个夹紧部2，夹紧部包括依次叠加设置的下夹块21、上夹块22和上压块23，下夹块两端均设置有贯穿所述下夹块的表面和底部的螺纹通孔24，定位底板通过第一螺钉11与螺纹通孔锁固，下夹块表面中部设置有第一弧形凹槽211，上夹块底部中间设置有与第一弧形凹槽211相对称的第二弧形凹槽221，第一弧形凹槽配合第二弧形凹槽夹紧索体，上夹块两端均通过第二螺钉12与螺纹通孔锁固，两个夹紧部夹设在光纤光栅传感器3两端，上压块23通过第三螺钉13将所述光纤光栅传感器的端部固定在上夹块表面，光纤光栅传感器与数据采集器4连接。

其中，上夹块和下夹块之间还设置有第一间隙5，第一弧形凹槽的半径和第二弧形凹槽的半径均等于索体的半径，这样能保证第一弧形凹槽和第二弧形凹槽完美的契合在索体表面，并在锁紧时，通过第一间隙的预留空间，可以使夹紧效果大大提高，不会因索体自身弹力以及受环境温度的热胀冷缩而导致夹紧效果变差，最终导致检测数据偏差。

上夹块顶部中间和上压块底部中间均设置有第三弧形凹槽231。两个第三弧形凹槽之间设置有第二间隙7，第三弧形凹槽的半径等于光纤光栅传感器端部的半径，此处夹紧方式与上述上夹块和下夹块一致，其效果一致。

所述光纤光栅传感器为单向应变光纤光栅传感器，此单向应变光纤光栅传感器应变测量范围0-6000με，用于检测新建索结构，在索张拉施工前安装本装置，能够在索结构施工阶段及运营周期内对索力进行全过程监测。

本实施例的工作原理如下：

使用时先将两个下夹块通过第一螺钉锁固在定位底板表面，然后用下夹块上的第一弧形凹槽紧贴索体下侧面，接着在索体上侧面通过第二弧形凹槽贴合安放上夹块，并通过第二螺钉与下夹块锁固，由于两个夹紧部对称设置在固定底上，所以两个夹紧部上的第三弧形凹槽位于一直线上，安装方便，不会出现两个夹紧部偏转不在一直线，导致光纤光栅传感器倾斜夹设，测量时无法得出准确数值，并且可以手持定位底板后锁固第二螺钉或第三螺钉，着力点大，安装省力。安装好光纤光栅传感器后，将定位底板拆除，即完成安装，安装精度完全符合检测要求。

安装好之后即可在静止情况下检测到无张拉状态下的各个参数数值，作为对比初始数据。

开始对索体进行张拉，产生拉伸变形，所以两个夹紧部之间的索体部分也会产生拉伸变形，由于两个夹紧部稳固与索体上，当索体产生拉伸变形，夹紧部也会随着索体产生位移，又由于两个夹紧部上部夹紧固定着光纤光栅传感器，当所述夹紧部产生位移，即拉动光纤光栅传感器，使光纤光栅传感器产生与索体一致的应变量，然后读取此时的变量数据，通过光纤光栅传感器的波长与应变的对应关系，可以得出此次张拉后的光纤光栅传感器的应变量，即此处索体的应变量，再通过索体已知的弹性模量与截面面积，就可以得出索体此时的索力。在持续检测过程中，只需要实时采集光纤光栅传感器的数据即可实现，夹紧效果好，可以保证长时间的检测数据的有效性。

实施例二

实施例二与实施例一的区别在于，所述光纤光栅传感器为双向应变光纤光栅传感器，光纤光栅传感器应变测量范围-2000με—+3000με，采用双向应变光纤光栅传感器后，可以对已经运营的索结构中的索力变化量进行监测，无论索力在外界因素的作用下是增大(表现为正应变)还是减小(表现为负应变)，都能通过双向应变光纤光栅传感器将数据传输到数据采集器中，所以使用范围广。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种基于光纤光栅传感技术的索体应力测量装置，其特征在于：包括定位底板，所述定位底板表面对称设置有两个夹紧部，所述夹紧部包括依次叠加设置的下夹块、上夹块和上压块，所述下夹块两端均设置有贯穿所述下夹块的表面和底部的螺纹通孔，所述定位底板通过第一螺钉与螺纹通孔锁固，所述下夹块表面中部设置有第一弧形凹槽，所述上夹块底部中间设置有与第一弧形凹槽相对称的第二弧形凹槽，所述第一弧形凹槽配合第二弧形凹槽夹紧索体，所述上夹块两端均通过第二螺钉与螺纹通孔锁固，所述的两个夹紧部夹设在光纤光栅传感器两端，所述上压块通过第三螺钉将所述光纤光栅传感器的端部固定在上夹块表面，所述光纤光栅传感器与数据采集器连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感技术的索体应力测量装置，其特征在于：所述上夹块和下夹块之间还设置有第一间隙，所述第一弧形凹槽的半径和第二弧形凹槽的半径均等于索体的半径。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感技术的索体应力测量装置，其特征在于：所述上夹块顶部中间和上压块底部中间均设置有第三弧形凹槽。

4.根据权利要求3所述的一种基于光纤光栅传感技术的索体应力测量装置，其特征在于：所述的两个第三弧形凹槽之间设置有第二间隙，所述第三弧形凹槽的半径等于光纤光栅传感器端部的半径。

5.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感技术的索体应力测量装置，其特征在于：所述光纤光栅传感器为单向应变光纤光栅传感器或双向应变光纤光栅传感器。