基於分布式傳感光纖的混凝土損傷動態診斷系統的製作方法

2023-06-09 08:45:26

基於分布式傳感光纖的混凝土損傷動態診斷系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於分布式傳感光纖的混凝土損傷動態診斷系統，該系統包括上固定臺和下固定臺，所述上固定臺上安裝有光纖校正實體和光纖框正臺，所述光纖校正實體上設有光纖蝶形壓制塊，所述光纖框正臺上安裝有光纖螺紋柱，上固定臺下方設有傳感測桶和去幹擾桶，所述傳感測桶下方與左固纖橫梁連接，左固纖橫梁與左測桶底錐體連接，左測桶底錐體上鉸接有左埠光源護體，所述去幹擾桶的下端與右固纖橫梁連接，右固纖橫梁與右測桶底錐體連接，右測桶底錐體上鉸接有右埠光源護體。本實用新型不但可以撲捉微小振動，也可以承載較大幅度的振動，大大提高了振動監測的範圍，極好地滿足了混凝土結構損傷動態診斷的需求。
【專利說明】
基於分布式傳感光纖的混凝土損傷動態診斷系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種基於分布式傳感光纖的混凝土損傷動態診斷系統，屬於水利工程中動態診斷與探測領域。
【背景技術】
[0002]當前我國已經興建了一大批大型及特大型水利工程，如三峽工程、240m高的二灘、23Im高的烏江構皮灘和294.5m高的小灣、278m高的溪洛渡、289m高的白鶴灘和305m高的錦屏一級等，對於水工混凝土結構的安全而言，其直接關係到其社會經濟效益的發揮和人民的生命財產安全，與其它類型工程結構相比，水工混凝土結構的一個顯著特點是常常需要考慮建築物和水體之間的相互作用，大型的水利工程很多都修建在深山峽谷處，洩洪單寬流量較大，洩洪的功率很高，會激勵建築物的振動，通過監測，獲取建築物的振動並進行分析，可識別建築物的模態參數等反應結構整體和局部特性的特徵參數，因此，建立大壩等水工混凝土結構的損傷狀態的動態診斷系統有著十分重要的理論和現實意義。
[0003]要實現對混凝土結構體的動態診斷，需要監測系統具有實時在線、無損、多尺度監測等特性，對於具有較大體積的大壩等水工混凝土結構體而言，常規的結構損傷動態診斷系統難以適用，在水工混凝土結構體遭受地震和水流脈動等外界不利工況下大壩等水工混凝土結構的損傷診斷將更加困難，且相關的理論研究還明顯不足，基于振動的結構損傷診斷方法已經在許多領域得到廣泛應用，但在水利土木工程中的應用仍處於模態參數的識別和損傷診斷的起步階段，急切地需要研製一種能夠高效辨識混凝土結構損傷的動態診斷系統及成套技術。
【實用新型內容】
[0004]實用新型目的:為了克服現有技術中存在的不足，本實用新型提供一種基於分布式傳感光纖的混凝土損傷動態診斷系統，其不但可以撲捉微小振動，也可以承載較大幅度的振動，大大提高了振動監測的範圍，極好地滿足了混凝土結構損傷動態診斷的需求，對當前水工混凝土結構動態健康監測探究提供了重要的支撐。
[0005]技術方案:為實現上述目的，本實用新型的基於分布式傳感光纖的混凝土損傷動態診斷系統，包括上固定臺和下固定臺，所述上固定臺內安裝有光纖校正實體和光纖框正臺，所述光纖校正實體上設有光纖蝶形壓制塊，所述光纖框正臺上安裝有光纖螺紋柱，上固定臺下方設有一對平行設置的傳感測桶和去幹擾桶，所述傳感測桶下方與左固纖橫梁連接，左固纖橫梁與左測桶底錐體連接，左測桶底錐體上鉸接有左埠光源護體，所述去幹擾桶的下端與右固纖橫梁連接，右固纖橫梁與右測桶底錐體連接，右測桶底錐體上鉸接有右埠光源護體，左測桶底錐體和右測桶底錐體位於下固定臺上，左通道傳感光纖依次穿過光纖蝶形壓制塊、光纖校正實體、傳感測桶、左測桶底椎體到達左埠光源護體，右通道傳感光纖依次穿過光纖框正臺、去幹擾桶、右側桶底錐體到達右埠光源護體。
[0006]作為優選，所述光纖校正實體的正下方設有環狀結構體，環狀結構體的兩側分別設有左彈力體和右彈力體，左彈力體和右彈力體分別與左磁鐵和右磁鐵連接，左磁鐵和右磁鐵固定在上固定臺上，左通道傳感光纖繞過環狀結構體穿入傳感測桶。配合使用左磁鐵和右磁鐵放大該種微小振動，以更加及時地撲捉到各種振動信息，在發生較大的振動時，由於左通道傳感光纖處於左彈力體與右彈力體之間環形結構體，兩側的左彈力體與右彈力體還可以起到降低較大振動的效果，其可以撲捉微小振動，也可承載較大幅度的振動。
[0007]作為優選，所述上固定臺和下固定臺上均安裝有基板，基板上設有基板貼孔。
[0008]作為優選，所述上固定臺的頂端設有光纖板弧蓋，在光纖板弧蓋內設有信息採集裝置，光纖板弧蓋可以保護左通道傳感光纖和右通道傳感光纖的出口端免受外界幹擾。
[0009]作為優選，所述去幹擾桶與右通道傳感光纖之間填充有密實減振結構，可以減少右通道傳感光纖遭受的外界振動幹擾。
[0010]作為優選，所述密實減振結構為HDPE型號的高密度聚乙烯。
[0011]在本實用新型中，突破傳統意義上的傳感設備，重點針對傳感監測技術向著智能化、數位化、集成化和小型化的趨勢發展，融合電磁學、力學等原理，搭建左通道傳感光纖與右通道傳感光纖，其不但可以撲捉微小振動，也可以承載較大幅度的振動，大大提高了振動監測的範圍，極好地滿足了混凝土結構損傷動態診斷的需求，對當前水工混凝土結構動態健康監測探究提供了重要的支撐。
[0012]在本實用新型中，所述的左通道傳感光纖與右通道傳感光纖相互獨立、平行、同步地布設於傳感測桶與去幹擾桶內，且左通道傳感光纖處於兩端固定、中間自由的狀態，右通道傳感光纖與去幹擾桶密切契合，在外界振動荷載作用下，去幹擾桶與右通道傳感光纖之間的密實減振結構可以減少右通道傳感光纖遭受的外界振動幹擾。在左固纖橫梁中是有傳感光纖通道，其直徑會稍小於左通道傳感光纖直徑，左通道傳感光纖在穿過這個通道時會被卡住。
[0013]有益效果:本實用新型的一種基於分布式傳感光纖的混凝土結構損傷動態診斷系統，結構完整，可以實現流程化、自動化應用，在降低監測成本、提高監測精度及提升工程實用化能力等方面具有較大優勢;本實用新型的基於分布式傳感光纖的混凝土結構損傷動態診斷系統的診斷方法，基於左通道傳感光纖與右通道傳感光纖中自行形成的傳感光信息，通過構建混凝土結構損傷動態診斷系統中的傳感光纖的光信息變化與混凝土結構損傷程度的關係，及時反映混凝土結構損傷性態，融合電磁學、力學等原理，在動態荷載情況下，左磁鐵和右磁鐵不但可以放大微小振動，兩側的左彈力體與右彈力體還可以起到降低較大振動的效果，其不但可以撲捉微小振動，也可以承載較大幅度的振動，大大提高了振動監測的範圍，極好地滿足了實際混凝土結構損傷動態診斷的需求，極大提升了該技術在實際工程中的應用和推廣能力。
【附圖說明】

[0014]圖1為本實用新型的結構圖；
[0015]圖2為圖1的左視圖；
[0016]圖3為圖1中左彈力體和右彈力體的結構示意圖；
[0017]其中:1-左通道傳感光纖;2-右通道傳感光纖;3-光纖板弧蓋;4-光纖蝶形壓制塊；5-光纖校正實體;6-上固定臺；7-左磁鐵;8-右磁鐵;9-左彈力體；10-右彈力體；11-傳感測桶；12-左固纖橫梁；13-左測桶底錐體；14-左埠光源護體；15-基板；16-光纖螺紋柱；17-光纖框正臺；18-基板貼孔;20-去幹擾桶;21-右固纖橫梁;22-右測桶底錐體;23-右埠光源護體;24-下固定臺。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。
[0019]如圖1至圖3所示，本實用新型的基於分布式傳感光纖的混凝土結構損傷動態診斷系統，包括振動傳感模塊、去幹擾模塊和輔助模塊，振動傳感模塊固定在上固定臺6上，振動傳感模塊中SFS50/125G型號的左通道傳感光纖I分別與光纖蝶形壓制塊4和正方形外形的光纖校正實體5相連接，光纖蝶形壓制塊4主要作用是起到平衡與固定，角度調節是其可以繞著光纖校正實體轉動，移動光纖校正實體5來實現光纖校正實體的移動，SFS50/125G型左通道傳感光纖I穿出正方形外形的光纖校正實體5與環狀結構體相連，環狀結構體分別與直徑為0.5cm的左彈力體9和直徑為0.5cm的右彈力體10相接，且左彈力體9固定於長方形外形的左磁鐵7端部，右彈力體10固定於長方形外形的右磁鐵8端部，SFS50/125G型左通道傳感光纖I通過長度為20cm、直徑為2cm的傳感測桶11與直徑為2cm的左固纖橫梁12相連，左固纖橫梁12下接截面形狀為梯形的左測桶底錐體13，後SFS50/125G型左通道傳感光纖I與內配置有HL2000型微型滷素光源的左埠光源護體14相接，左測桶底錐體13位於下固定臺24上。
[0020]去幹擾模塊中SFS50/125G型右通道傳感光纖2通過直徑為2cm的光纖螺紋柱16和外形為正方形的光纖框正臺17與直徑為2cm、長度為20cm的去幹擾桶20相接，去幹擾功能主要體現的是該段傳感光纖兩端是固定死的，不受外界荷載影響，是與傳感測桶中的傳感光纖形成對比，具有去幹擾功能，去幹擾桶20的底端固定著直徑為2cm的右固纖橫梁21，右固纖橫梁21連接梯形布設的右測桶底錐體22，SFS50/125G型右通道傳感光纖2在底端處與內配置有HL2000型微型滷素光源的右埠光源護體23相連接，右測桶底錐體22位於下固定臺24上。
[0021]輔助模塊中長方體形式的基板15上開設有直徑為0.5cm的基板貼孔18，直徑為
0.5cm的基板貼孔18將分布式傳感光纖的混凝土結構損傷動態診斷系統的上半部分固定於待測某混凝土重力壩的一個典型壩段上，長方體形式的基板15上布設有直徑為0.5cm的基板貼孔18，基板貼孔18將分布式傳感光纖的混凝土結構損傷動態診斷系統的下半部分固定於待測某混凝土重力壩的一個典型壩段上。
[0022]本實用新型中，SFS50/125G型左通道傳感光纖I與SFS50/125G型右通道傳感光纖2獨立、平行、同步地布設於傳感測桶11與去幹擾桶20中，左固纖橫梁12與左測桶底錐體13相互連接，保證SFS50/125G型左通道傳感光纖在傳感測桶中初始狀態下的豎直或水平狀態，光纖板弧蓋內配置有信息採集裝置，信息採集裝置為C11708MA型的微型光信息採集器與磁卡數據採集器，通過光纖板弧蓋將左通道傳感光纖和右通道傳感光纖匯集到基板的頂端，並且光纖板弧蓋可以保護左通道傳感光纖和右通道傳感光纖的出口端免受外界幹擾。
[0023]—種如上述的基於分布式傳感光纖的混凝土結構損傷動態診斷系統的診斷方法，包括以下步驟:
[0024](I)構建及配備振動傳感模塊、去幹擾模塊
[0025]通過光纖蝶形壓制塊4將SFS50/125G型左通道傳感光纖I的角度調整為30°，後經過光纖校正實體5進行水平向的調整，後將SFS50/125G型左通道傳感光纖I繞著左彈力體與右彈力體之間的環形結構體進行布設，後將SFS50/125G型左通道傳感光纖I穿過傳感測桶，在直徑為2cm的左固纖橫梁處對左通道傳感光纖的尾端進行固定，進而將SFS50/125G型左通道傳感光纖I與內配置有HL2000型微型滷素光源的左埠光源護體14相連接，後備制另一根SFS50/125G型長度為50cm的右通道傳感光纖，不斷地調整光纖螺紋柱16與光纖框正臺17，使得右通道傳感光纖2能保持與左通道傳感光纖I的平行布設，後將右通道傳感光纖2依次穿過去幹擾桶20、右測桶底錐體22和右埠光源護體23，在右通道傳感光纖22與去幹擾桶20之間填充HDPE型號的高密度聚乙烯，導引右通道傳感光纖2到達右埠光源護體23處；
[0026](2)閉合各部件及檢查各線路的連通性
[0027]關閉左埠光源護體14和右埠光源護體23，閉合光纖板弧蓋3，打開左埠光源護體14和右埠光源護體23中的HL2000型微型滷素光源，並在光纖板弧蓋處採集右通道傳感光纖2與左通道傳感光纖I的光信息，查看SFS50/125G型左通道傳感光纖I和SFS50/125G型右通道傳感光纖2的連通性，並進行校正處理；
[0028](3)安裝混凝土結構損傷動態診斷系統並進行初始探測
[0029]確定待監測的混凝土重力壩的典型壩段的監測區域，然後明確上述所製作的動態診斷裝置的使用個數，在確定監測區域之後，使用固定裝置通過基板15的基板貼孔18和15基板的基板貼孔18將混凝土結構損傷動態診斷系統進行有效地安裝，並且打開光纖板弧蓋3中的Cl 1708MA型的微型光信息採集器與磁卡數據採集器及左埠光源護體14和右埠光源護體23中的HL2000型微型滷素光源，完成初始數值的探測；
[0030](4)構建光功率值差值與結構損傷指標的關係式實現動態探測
[0031]待該混凝土重力壩的典型壩段的監測區域遭受外界水荷載或地震等其他振動荷載或者損傷時，左通道傳感光纖I中的光功率數值將發生變化，進而可以構建左通道傳感光纖I與右通道傳感光纖2之間的光功率值差值與結構損傷指標的關係式，從而，繪製實時獲取的光信息數值與結構損傷指標數值之間的時程曲線，完成實時混凝土重力壩的典型壩段的監測區域的結構損傷的診斷。
[0032]以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出:對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
【主權項】
1.基於分布式傳感光纖的混凝土損傷動態診斷系統，其特徵在於:包括上固定臺和下固定臺，所述上固定臺內安裝有光纖校正實體和光纖框正臺，所述光纖校正實體上設有光纖蝶形壓制塊，所述光纖框正臺上安裝有光纖螺紋柱，上固定臺下方設有一對平行設置的傳感測桶和去幹擾桶，所述傳感測桶下方與左固纖橫梁連接，左固纖橫梁與左測桶底錐體連接，左測桶底錐體上鉸接有左埠光源護體，所述去幹擾桶的下端與右固纖橫梁連接，右固纖橫梁與右測桶底錐體連接，右測桶底錐體上鉸接有右埠光源護體，左測桶底錐體和右測桶底錐體位於下固定臺上，左通道傳感光纖依次穿過光纖蝶形壓制塊、光纖校正實體、傳感測桶、左測桶底椎體到達左埠光源護體，右通道傳感光纖依次穿過光纖框正臺、去幹擾桶、右側桶底錐體到達右埠光源護體。2.根據權利要求1所述的基於分布式傳感光纖的混凝土損傷動態診斷系統，其特徵在於:所述光纖校正實體的正下方設有環狀結構體，環狀結構體的兩側分別設有左彈力體和右彈力體，左彈力體和右彈力體分別與左磁鐵和右磁鐵連接，左磁鐵和右磁鐵固定在上固定臺上，左通道傳感光纖繞過環狀結構體穿入傳感測桶。3.根據權利要求2所述的基於分布式傳感光纖的混凝土損傷動態診斷系統，其特徵在於:所述上固定臺和下固定臺上均安裝有基板，基板上設有基板貼孔。4.根據權利要求3所述的基於分布式傳感光纖的混凝土損傷動態診斷系統，其特徵在於:所述上固定臺的頂端設有光纖板弧蓋，在光纖板弧蓋內設有信息採集裝置。5.根據權利要求1或4所述的基於分布式傳感光纖的混凝土損傷動態診斷系統，其特徵在於:所述去幹擾桶與右通道傳感光纖之間填充有密實減振結構。6.根據權利要求5所述的基於分布式傳感光纖的混凝土損傷動態診斷系統，其特徵在於:所述密實減振結構為HDPE型號的高密度聚乙烯。
【文檔編號】G01N21/17GK205719930SQ201620408577
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月6日
【發明人】蘇懷智, 楊孟, 駱鴻
【申請人】河海大學