PL235392B1 - Sposób ciągłego pomiaru profilu przemieszczeń obiektów budowlanych oraz czujnik do realizacji tego sposobu - Google Patents
Sposób ciągłego pomiaru profilu przemieszczeń obiektów budowlanych oraz czujnik do realizacji tego sposobu Download PDFInfo
- Publication number
- PL235392B1 PL235392B1 PL412838A PL41283815A PL235392B1 PL 235392 B1 PL235392 B1 PL 235392B1 PL 412838 A PL412838 A PL 412838A PL 41283815 A PL41283815 A PL 41283815A PL 235392 B1 PL235392 B1 PL 235392B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- core
- measuring
- sensor
- fiber
- channel
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 25
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 39
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 21
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims description 5
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 18
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 3
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004141 dimensional analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
- G01D5/35309—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer
- G01D5/35316—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer using a Bragg gratings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
- G01D11/30—Supports specially adapted for an instrument; Supports specially adapted for a set of instruments
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
- G01M5/0041—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób ciągłego pomiaru profilu przemieszczeń obiektów budowlanych oraz czujnik do realizacji tego sposobu, dla wielokrotnych, automatycznych pomiarów profilu przemieszczeń ośrodka za pomocą elementów światłowodowych, w szczególności w konstrukcjach inżynierskich, elementach konstrukcji inżynierskich, konstrukcjach geotechnicznych.
Światłowodowe elementy pomiarowe są to włókna światłowodowe przeznaczone do pomiaru odkształceń i temperatury. W przypadku pomiarów dyskretnych jest to włókno światłowodowe z naniesioną siatką Bragga, w przypadku pomiarów ciągłych (w przybliżeniu w każdym miejscu włókna) są to np. zwykłe telekomunikacyjne włókna światłowodowe, które analizowane są przy wykorzystaniu w szczególności zjawiska rozpraszania Rayleigha, Ramana lub Brillouina.
Znany jest z opisu zgłoszeniowego wynalazku US 2007/0065077 A1 sposób określania położenia i kształtu oraz urządzenie służące do realizacji tego sposobu. Rozwiązanie wykorzystywane jest do określania profilu przemieszczeń (kształtu) monitorowanej konstrukcji, względnego położenia obiektów, analizy modalnej układów mechanicznych, a także w małoinwazyjnych technikach chirurgicznych oraz monitoringu biometrycznym. Znane urządzenie opiera się na światłowodowej technice pomiarowej wykorzystującej siatki Bragga rozmieszczone w liczbie przynajmniej stu wzdłuż pojedynczych rdzeni światłowodowych. Dla analizy dwuwymiarowej odpowiedni jest światłowód z dwoma rdzeniami, a dla trójwymiarowej przynajmniej z trzema (w przypadku światłowodu trzyrdzeniowego przyjmuje się równomierne rozmieszczenie rdzeni wokół osi układu co 120°). Urządzenie przymocowane do opomiarowanego elementu (bądź zatopione w jego wnętrzu) określa jego deformacje na podstawie lokalnych pomiarów odkształceń wynikających ze zginania elementu pomiarowego zawierającego w sobie rdzenie światłowodowe, dzięki czemu możliwe jest, poprzez sumowanie, zrekonstruowanie rzeczywistej krzywizny opomiarowanego elementu. Analiza odbywa się w sposób dyskretny na podstawie pomiarów quasi-ciągłych (siatki Bragga rozmieszczone w określonych odstępach wzdłuż długości rdzenia światłowodowego) oraz nie uwzględnia efektów powodowanych oddziaływaniem temperatury. Nie jest także możliwa analiza profilu przemieszczeń spowodowanych zarówno zginaniem jak i oddziaływaniem siły osiowej.
Znany jest z opisu zgłoszeniowego wynalazku US 2010/0215311 A1 sposób oraz urządzenie do określania położenia oraz kształtu za pomocą wielordzeniowego światłowodu, stosowane przede wszystkim do wyznaczania względnego położenia. Przedstawiono rozwiązanie wykorzystujące trzy rdzenie rozmieszczone równomiernie w przekroju światłowodu, biegnące równolegle wzdłuż jego długości. W przewodzie światłowodowym wykorzystuje się wiele pojedynczych czujników odkształceń opartych na zasadzie działania siatek Bragga, rozpraszania Rayleigha lub innych. Sposób i urządzenie umożliwiają za pomocą odpowiedniego pakietu funkcji określanie krzywizn, kierunków płaszczyzn zginania oraz skręcania światłowodu umieszczonego swobodnie w zewnętrznym płaszczu ochronnym. Płaszcz ten w żaden sposób nie jest połączony ze światłowodem, dlatego deformacje światłowodu w postaci skręcania lub odkręcania nie są niczym ograniczone wzdłuż jego długości. Procedura wyznaczania profili przemieszczeń światłowodu w przestrzeni trójwymiarowej (jego kształtu) odbywa się przy założeniu, że jeden koniec ma ustalone (znane) położenie, natomiast drugi porusza się swobodnie. Z założenia tego bezpośrednio wynika fakt, że na przemieszczenia światłowodu nie oddziałuje siła osiowa. Ponadto rozwiązanie pozwala na wyznaczenie kształtu wyłącznie w sposób dyskretn y (quasi-ciągły) na długości światłowodu oraz nie uwzględnia kompensacji wyników z uwagi na oddziaływanie temperatury.
Znane jest także z opisu zgłoszeniowego wynalazku nr US 2014/0320846 A1 urządzenie do wyznaczania położenia i/lub kształtu obiektu w przestrzeni trójwymiarowej, stosowane w przemyśle konstrukcyjnym, kosmicznym i medycznym. Średnie odkształcenia wzdłuż długości światłowodu określane są na podstawie zarejestrowanych, całkowitych zmian długości optycznej. Urządzenie wykorzystuje światłowód wielordzeniowy: w przekroju światłowodu trzy rdzenie splecione ze sobą na kształt helisy rozmieszczone są w zewnętrznej części co 120°, natomiast jeden rdzeń zlokalizowany jest w osi przekroju. Dane pomiarowe pochodzące z rdzenia centralnego odnoszone są do uśrednionych wartości pochodzących z rdzeni zewnętrznych. Rdzeń centralny jest podatny na oddziaływanie temperatury oraz zmiany siły osiowej (zmiany napięcia), jednak w przeciwieństwie do rdzeni zewnętrznych, nie doświadcza zmian długości będących wynikiem oddziaływania momentu skręcającego wokół osi profilu. Fakt ten umożliwia wprowadzenie kompensacji pomiaru ze względu na oddziaływanie albo siły podłużnej i temperatury, albo momentu skręcającego, albo wszystkich powyższych oddziaływań. Realizowanie pomiaru odbywa się z wykorzystaniem praw rozpraszania Rayleigha, przez co eliminuje konieczność
PL 235 392 B1 stosowania siatek Bragga i umożliwia ciągłą analizę profilu przemieszczeń wzdłuż całej długości danego segmentu pomiarowego z wysoką rozdzielczością.
Ponadto znane jest z opisu US 2008/0204706 A1 rozwiązanie, które zakłada użycie światłowodów zamocowanych do pomiaru odkształceń rdzenia oraz światłowodów swobodnych do korekcji odkształceń z uwagi na zmiany temperatury oraz odkształceń osiowych rdzenia. Światłowody komp ensacyjne umieszczane są w nacięciach wykonanych na obwodzie rdzenia, zatem światłowody swobodne będą umieszczone w miejscach poddawanych bardzo dużym odkształceniom, które wywoływane są w czasie zginania rdzenia. Zginanie rdzenia jest podstawowym oddziaływaniem, które nadaje rdzeniowi kształt, a to znaczy, że będzie to podstawowy sposób pracy rdzenia. Umieszczenie światłowodów swobodnych w najbardziej odkształcanej części rdzenia będzie powodowało wadliwą pracę swobodnych światłowodów, nie jest bowiem możliwe konstrukcyjne zapewnienie takiego nadmiaru światłowodu swobodnego, aby był nieczuły na odkształcenia spowodowane zginaniem. Odkształcenia te są wielokrotnie większe od odkształceń termicznych. Drugim ujawnionym rozwiązaniem jest zastąpienie naciętego rdzenia czujnika zestawem niezależnych prętów światłowodowych, z których cztery to pręty pomiarowe a trzy to pręty rozdzielające. W rozwiązaniu tym światłowody swobodne zostały zastąpione jednym środkowym prętem światłowodowym, wokół którego rozłożonych jest pozostałych sześć prętów tworzących wymagany kształt czujnika.
Środkowy pręt światłowodowy ma być prętem kompensującym temperaturę lecz jednocześnie nie można traktować tego pręta jako swobodnego, ponieważ poddawany jest oddziaływaniu sił osiowych. Odkształcenia osiowe pręta kompensacyjnego można skompensować za pomocą wzoru podanego w opisie wynalazku, zgodnie z założeniem, że cały przekrój rdzenia jest wykonany z jednego kawałka materiału (wymagana jest zgodność odkształceń wszystkich prętów budujących czujnik - zasada płaskich przekrojów). W przypadku ujawnionego rozwiązania tylko sześć zewnętrznych prętów jest ze sobą połączonych, a pręt wewnętrzny jest prętem ruchomym względem zewnętrznych. To oznacza, że światłowód umieszczony wewnątrz pręta środkowego nie może zostać wykorzystany do kompensacji termicznej, ponieważ dokonuje on pomiaru odkształceń środkowego pręta, które zależą zarówno od temperatury, jak i sił osiowych działających na pręt środkowy. Ponadto środkowy pręt nie jest połączony mechanicznie z sześcioma prętami zewnętrznymi, nie jest więc możliwe zastosowanie wskazanej formuły matematycznej, przy ruchomym rdzeniu środkowym ogólna formuła jest niemożliwa do wyznaczenia.
Wszystkie znane rozwiązania opierają się o założenie, że element pomiarowy, którym jest wielordzeniowy element światłowodowy, jest elementem swobodnym. To znaczy, że unieruchomiony może być tylko jeden koniec elementu pomiarowego natomiast cały element pomiarowy jest swobodny. Przy takim założeniu, element pomiarowy wraz ze światłowodami znajdującymi się wewnątrz, może swobodnie zmieniać swoją długość pod wpływem temperatury. Znane rozwiązania nie obejmują jednak wpływu zmian temperatury w przypadku, gdy ruch elementu pomiarowego zostaje ograniczony, skrępowany przez ośrodek, w którym jest on umieszczony, a którego przemieszczenia należy wyznaczyć. Ośrodkiem ograniczającym ruch światłowodowego elementu pomiarowego może być np. grunt lub beton. W takim przypadku, pomimo zmiany temperatury ośrodka, światłowodowy element pomiarowy nie może swobodnie zmienić swojej długości. Sygnał pomiarowy otrzymywany z czujników światłowodowych jest tak samo czuły na temperaturę, jak i na odkształcenia, uniemożliwia to w takim przypadku prawidłową interpretację danych pomiarowych, a tym samym prawidłowe wyznaczenie profilu badanego ośrodka.
Zagadnieniem technicznym wymagającym rozwiązania jest opracowanie nowego sposobu wyznaczania profilu przemieszczeń ośrodka o zmiennej w czasie temperaturze, czyli przemieszczeń obiektów budowlanych oraz czujnika do realizacji tego sposobu. Ośrodkiem takim jest np. grunt lub beton, który podlega dobowym, miesięcznym, rocznym zmianom temperatury. Rozwiązanie musi dawać możliwość wyznaczania wpływu temperatury za pomocą swobodnego czujnika światłowodowego nieobciążonego odkształceniami ośrodka.
Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że czujnik pomiarowy umieszcza się wewnątrz badanego ośrodka, przy czym czujnik zawiera rdzeń, z zespolonymi z nim światłowodowymi elementami pomiarowymi do wyznaczania odkształceń rdzenia, oraz światłowodowy element pomiarowy do wyznaczania temperatury, umieszczony swobodnie w osiowym kanale rdzenia, a następnie za pomocą połączonego z czujnikiem urządzenia pomiarowego wykonuje się pomiary parametrów światłowodowych elementów pomiarowych zespolonych z rdzeniem oraz umieszczonych swobodnie w kanale rdzenia dla poszczególnych chwil czasowych, po czym wyznacza się na tej podstawie profil przemieszczeń czujnika pomiarowego i w konsekwencji badanego ośrodka, z uwzględnieniem kompensaty wpływów
PL 235 392 B1 termicznych otoczenia wskazanych na podstawie pomiaru z wykorzystaniem światłowodowych elementów pomiarowych umieszczonych swobodnie w kanale rdzenia.
Światłowodowy element pomiarowy usytuowany w kanale rdzenia jest odpowiedzialny za wyznaczanie temperatury, a dzięki temu, że umieszczony jest w osi obojętnej przekroju poprzecznego rdzenia czujnika, nie jest narażony na odkształcenia wywoływane zginaniem lub skręcaniem czujnika pomiarowego. Sygnały pomiarowe ze światłowodowych elementów pomiarowych odczytywane są za pomocą odpowiedniego znanego urządzenia elektronicznego i przeliczane są na profil przemieszczeń badanego ośrodka.
Istota rozwiązania czujnika według wynalazku polega na tym, że czujnik zawiera rdzeń i zespolone z nim światłowodowe elementy pomiarowe do wyznaczania odkształceń rdzenia, przy czym rdzeń ma na swojej powierzchni geometryczne elementy przeznaczone do wklejania światłowodowych elementów pomiarowych zaś w swojej osi obojętnej ma wykonany kanał, w którym umieszczony jest swobodnie światłowodowy element pomiarowy do wyznaczania temperatury.
W korzystnym rozwiązaniu rdzeniem jest pręt o długości odpowiednio dobranej do długości badanego ośrodka, wykony z odkształcalnego materiału, w szczególności z włókna szklanego, metalu lub tworzywa sztucznego.
Kanał rdzenia wypełniony jest substancją zmniejszającą tarcie pomiędzy światłowodowym elementem pomiarowym do wyznaczania temperatury a ściankami kanału.
Czujnik może mieć rdzeń, którego przekrój poprzeczny jest kołem lub prostokątem. Rdzeń jest symetryczny względem osi przechodzących przez punkty mocowania światłowodów.
Sposób i czujnik według wynalazku pozwala na wielokrotne, automatyczne i bezobsługowe wyznaczenie zmieniającego się w czasie profilu przemieszczeń różnego typu ośrodków, a w szczególności gruntu, konstrukcji (np. mostów), czy wybranych elementów konstrukcyjnych obiektów budowlanych (np. wyznaczanie kształtu ugięcia belek). Sposób i czujnik według wynalazku pozwala na realizację pomiarów zarówno w zakresie małych, jak i dużych przemieszczeń. Sposób i czujnik według wynalazku pozwala na wyznaczanie przemieszczeń pochodzących zarówno od efektów działania zginania, jak i rozciągającej lub ściskającej siły podłużnej oraz na automatyczną kompensację wpływów powodowanych zmienną na długości urządzenia pomiarowego temperaturą.
Czujnik realizujący sposób według wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia czujnik o przekroju kołowym, fig. 2 - przedstawia czujnik o przekroju kwadratowym, fig. 3 - przedstawia czujnik o przekroju kołowym, z geometrycznymi elementami przeznaczonymi do wklejania światłowodowych elementów pomiarowych, fig. 4 - przedstawia czujnik o przekroju kwadratowym, z geometrycznymi elementami przeznaczonymi do wklejania światłowodowych elementów pomiarowych.
Czujnik pomiarowy składa się z rdzenia 1 i odpowiednio rozmieszczonych i zespolonych z rdzeniem 1 światłowodowych elementów pomiarowych 2 do wyznaczania odkształceń rdzenia 1. Rdzeń 1 w swojej osi obojętnej posiada kanał 3, w którym umieszczony jest swobodnie światłowodowy element pomiarowy do wyznaczania temperatury 4.
Czujnik może mieć rdzeń, którego przekrój poprzeczny jest kołem (fig. 1 i fig. 3) lub prostokątem (fig. 2 i fig. 4). W obu wariantach rdzeń ma na swojej powierzchni geometryczne elementy E przeznaczone do wklejania światłowodowych elementów pomiarowych.
Sposób według wynalazku wykorzystuje fakt, że czujnik pomiarowy przyjmuje kształt profilu przemieszczeń ośrodka, w którym został umieszczony. Poprzez wyznaczenie kształtu czujnika pomiarowego następuje wyznaczenie kształtu profilu przemieszczeń badanego ośrodka.
Czujnik pomiarowy umieszcza się wewnątrz badanego ośrodka, przy czym czujnik zawiera rdzeń 1, z zespolonymi z nim światłowodowymi elementami pomiarowymi 2 do wyznaczania odkształceń rdzenia 1, oraz światłowodowy element pomiarowy 4 do wyznaczania temperatury, umieszczony swobodnie w osiowym kanale 3 rdzenia.
Następnie za pomocą połączonego z czujnikiem urządzenia pomiarowego wykonuje się pomiary parametrów światłowodowych elementów pomiarowych 2 zespolonych z rdzeniem 1 oraz pomiary parametrów światłowodowych elementów pomiarowych 4 umieszczonych swobodnie w kanale 3 rdzenia 1, dla poszczególnych chwil czasowych. Na tej podstawie wyznacza się profil przemieszczeń czujnika pomiarowego i w konsekwencji badanego ośrodka, z uwzględnieniem kompensaty wpływów termicznych otoczenia wskazanych na podstawie pomiaru z wykorzystaniem światłowodowych elementów pomiarowych 4 umieszczonych swobodnie w kanale 3 rdzenia 1.
PL 235 392 B1
Sposób ciągłego pomiaru profilu przemieszczeń obiektów budowlanych według wynalazku prowadzony jest za pomocą znanego urządzenia pomiarowego wykorzystującego jedno ze znanych zjawisk optycznych, w szczególności rozpraszanie Rayleigha lub Brillouina.
Claims (7)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób ciągłego pomiaru profilu przemieszczeń obiektów budowlanych, wykorzystujący światłowodową technikę pomiarową, polegający na pomiarze odkształceń światłowodowych elementów pomiarowych zespolonych z rdzeniem czujnika oraz umieszczonego swobodnie w kanale rdzenia, za pomocą urządzenia pomiarowego wykorzystującego jedno ze znanych zjawisk optycznych, w szczególności rozpraszanie Rayleigha lub Brillouina, znamienny tym, że czujnik pomiarowy umieszcza się wewnątrz badanego ośrodka, przy czym czujnik zawiera rdzeń, z zespolonymi z nim światłowodowymi elementami pomiarowymi do wyznaczania odkształceń rdzenia, oraz światłowodowy element pomiarowy do wyznaczania temperatury, umieszczony swobodnie w osiowym kanale rdzenia, a następnie za pomocą połączonego z czujnikiem urządzenia pomiarowego wykonuje się pomiary parametrów światłowodowych elementów pomiarowych zespolonych z rdzeniem oraz umieszczonych swobodnie w kanale rdzenia dla poszczególnych chwil czasowych, po czym wyznacza się na tej podstawie profil przemieszczeń czujnika pomiarowego i w konsekwencji badanego ośrodka, z uwzględnieniem kompensaty wpływów termicznych otoczenia wskazanych na podstawie pomiaru z wykorzystaniem światłowodowych elementów pomiarowych umieszczonych swobodnie w kanale rdzenia.
- 2. Czujnik do pomiaru profilu przemieszczeń obiektów budowlanych, wykorzystujący światłowodową technikę pomiarową, znamienny tym, że zawiera rdzeń (1) i zespolone z nim światłowodowe elementy pomiarowe (2) do wyznaczania odkształceń rdz enia (1), przy czym rdzeń ma na swojej powierzchni geometryczne elementy (E) przeznaczone do wklejania światłowodowych elementów pomiarowych (2) zaś w swojej osi obojętnej ma wykonany kanał (3), w którym umieszczony jest swobodnie światłowodowy element pom iarowy do wyznaczania temperatury (4).
- 3. Czujnik według zastrz. 2, znamienny tym, że rdzeniem (1) jest pręt o długości odpowiednio dobranej do długości badanego ośrodka, wykony z odkształcalnego materiału, w szczególności z włókna szklanego, metalu lub tworzywa sztucznego.
- 4. Czujnik według zastrz. 2 lub 3 znamienny tym, że kanał (3) wypełniony jest substancją zmniejszającą tarcie pomiędzy światłowodowym elementem pomiarowym do wyznaczania temperatury (4) a ściankami kanału (3).
- 5. Czujnik według zastrz. 2, znamienny tym, że przekrój poprzeczny rdzenia (1) jest kołem.
- 6. Czujnik według zastrz. 2, znamienny tym, że przekrój poprzeczny rdzenia (1) jest prostoką- tem.
- 7. Czujnik według jednego z zastrz. od 2 do 6, znamienny tym, że rdzeń (1) jest symetryczny względem osi przechodzących przez punkty mocowania światłowodów.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL412838A PL235392B1 (pl) | 2015-06-24 | 2015-06-24 | Sposób ciągłego pomiaru profilu przemieszczeń obiektów budowlanych oraz czujnik do realizacji tego sposobu |
PCT/PL2016/000063 WO2016209099A1 (en) | 2015-06-24 | 2016-06-17 | Method for measuring the displacement profile of buildings and sensor therefor |
CA2989301A CA2989301C (en) | 2015-06-24 | 2016-06-17 | Method for measuring the displacement profile of buildings and sensor therefor |
EP16744907.3A EP3314202B1 (en) | 2015-06-24 | 2016-06-17 | Method for measuring the displacement profile of buildings and sensor therefor |
US15/849,804 US10620018B2 (en) | 2015-06-24 | 2017-12-21 | Method for measuring the displacement profile of buildings and sensor therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL412838A PL235392B1 (pl) | 2015-06-24 | 2015-06-24 | Sposób ciągłego pomiaru profilu przemieszczeń obiektów budowlanych oraz czujnik do realizacji tego sposobu |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL412838A1 PL412838A1 (pl) | 2017-01-02 |
PL235392B1 true PL235392B1 (pl) | 2020-07-13 |
Family
ID=56551494
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL412838A PL235392B1 (pl) | 2015-06-24 | 2015-06-24 | Sposób ciągłego pomiaru profilu przemieszczeń obiektów budowlanych oraz czujnik do realizacji tego sposobu |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10620018B2 (pl) |
EP (1) | EP3314202B1 (pl) |
CA (1) | CA2989301C (pl) |
PL (1) | PL235392B1 (pl) |
WO (1) | WO2016209099A1 (pl) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109751967B (zh) * | 2019-02-02 | 2023-11-21 | 宁波诺丁汉大学 | 基于光纤和gnss的高精度大量程三维形变监测装置 |
CN111307325B (zh) * | 2020-03-26 | 2021-03-09 | 中国船舶科学研究中心(中国船舶重工集团公司第七0二研究所) | 增强纤维复合材料光纤光栅应变传感器的温度补偿装置 |
US20230408781A1 (en) | 2020-12-21 | 2023-12-21 | Neubrex Co., Ltd. | Armored dss cable |
CN113138044B (zh) * | 2021-04-28 | 2022-02-18 | 东北大学 | 一种用于矢量应力监测的微光纤偏振耦合器 |
CN116007804B (zh) * | 2023-01-02 | 2023-12-15 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 水工程隐蔽受限区保偏光纤多栖智慧感测***及方法 |
CN115900579B (zh) * | 2023-01-06 | 2023-05-26 | 山东大学 | 一种自校正可拼接式光纤位移场传感***及其校正方法 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4929553A (en) | 1987-05-29 | 1990-05-29 | Canadian Patents & Development Ltd. | Protease for specific processing of secreted proteins |
US5844667A (en) * | 1997-01-28 | 1998-12-01 | Cidra Corporation | Fiber optic pressure sensor with passive temperature compensation |
WO2000033034A1 (en) * | 1998-12-04 | 2000-06-08 | Cidra Corporation | Pressure-isolated bragg grating temperature sensor |
FR2867561B1 (fr) * | 2004-03-11 | 2007-02-02 | Commissariat Energie Atomique | Systeme de mesure distribuee des courbures d'une structure |
US7781724B2 (en) | 2004-07-16 | 2010-08-24 | Luna Innovations Incorporated | Fiber optic position and shape sensing device and method relating thereto |
US7813599B2 (en) | 2009-02-23 | 2010-10-12 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method and apparatus for shape and end position determination using an optical fiber |
US8773650B2 (en) | 2009-09-18 | 2014-07-08 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Optical position and/or shape sensing |
US9074462B2 (en) * | 2011-03-09 | 2015-07-07 | Shell Oil Company | Integrated fiber optic monitoring system for a wellsite and method of using same |
BR112013033299A2 (pt) * | 2011-06-24 | 2019-09-24 | Prad Research And Development Limited | cabo para monitorar uma estrutura tubular, e cabo para monitorar uma tubulação submarina |
-
2015
- 2015-06-24 PL PL412838A patent/PL235392B1/pl unknown
-
2016
- 2016-06-17 WO PCT/PL2016/000063 patent/WO2016209099A1/en active Application Filing
- 2016-06-17 CA CA2989301A patent/CA2989301C/en active Active
- 2016-06-17 EP EP16744907.3A patent/EP3314202B1/en active Active
-
2017
- 2017-12-21 US US15/849,804 patent/US10620018B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL412838A1 (pl) | 2017-01-02 |
EP3314202B1 (en) | 2022-09-28 |
EP3314202A1 (en) | 2018-05-02 |
US20180113009A1 (en) | 2018-04-26 |
US10620018B2 (en) | 2020-04-14 |
CA2989301C (en) | 2022-01-11 |
CA2989301A1 (en) | 2016-12-29 |
WO2016209099A1 (en) | 2016-12-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
PL235392B1 (pl) | Sposób ciągłego pomiaru profilu przemieszczeń obiektów budowlanych oraz czujnik do realizacji tego sposobu | |
EP3234667B1 (en) | Dissimilar cores in multicore optical fiber for strain and temperature separation | |
Pei et al. | Monitoring of lateral displacements of a slope using a series of special fibre Bragg grating-based in-place inclinometers | |
Zhu et al. | Investigation of the evolutionary process of a reinforced model slope using a fiber-optic monitoring network | |
Ge et al. | The response of embedded strain sensors in concrete beams subjected to thermal loading | |
Xu et al. | Deflection estimation of bending beam structures using fiber bragg grating strain sensors | |
Floris et al. | Experimental study of the influence of FBG length on optical shape sensor performance | |
GB2421075A (en) | Optical-fibre interstice displacement sensor | |
CN109196394A (zh) | 利用光纤光栅传感器的位移检测装置及其灵敏度、耐久性的调节方法 | |
Scarella et al. | Dynamic Brillouin scattering–based condition assessment of cables in cable-stayed bridges | |
Wang et al. | Strain monitoring of RC members strengthened with smart NSM FRP bars | |
Peters et al. | Fiber optic sensors for assessing and monitoring civil infrastructures | |
Li et al. | Design of an enhanced sensitivity FBG strain sensor and application in highway bridge engineering | |
Delepine-Lesoille et al. | Quasi-distributed optical fibre extensometers for continuous embedding into concrete: design and realization | |
Rodrigues et al. | Long-gauge fibre optic sensors: performance comparison and applications | |
CN206192288U (zh) | 一种光纤光栅应变器 | |
RU161075U1 (ru) | Волоконно-оптический сенсор распределения деформации | |
KR101001104B1 (ko) | 대공간 구조물의 상시 모니터링을 위한 광섬유 브래그 격자센서(fbg)의 부착장치 및 fbg를 부착하는 방법 | |
Jung et al. | Optimal FBG sensor deployment via Gaussian Quadrature formula for measurement of displacement of laterally loaded piles | |
CN105627940A (zh) | 一种基于光纤光栅传感器的土体内部变形的测量方法 | |
DK2583076T3 (en) | SYSTEM FOR MEASURING AND MONITORING THE EXTENSION OF OBJECTS LOADED BY EXTERNAL FORCES | |
Rodrigues et al. | Laboratory and field comparison of long-gauge strain sensing technologies | |
Jiroutová et al. | Analysis of the accuracy of fibre-optic strain gauges | |
Burnett et al. | Optical Fibre‐based Vectoral Shape Sensor | |
Ferreira et al. | Micro-force measurement with pre-curvature long-period fiber grating-based sensor |