[發(fā)明專(zhuān)利]長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵沖刷傳感器及其制作、安裝布設(shè)方法和由其構(gòu)成的沖刷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110352894.7
• 申請(qǐng)日: 2011-11-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102445160A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳智深;萬(wàn)春風(fēng);楊才千;吳剛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/22
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/22
• 代理公司: 南京天翼專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 王鵬翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種土木、交通工程的監(jiān)測(cè)裝置及其方法，具體涉及長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵沖刷傳感器及其制作、安裝布設(shè)方法和由其構(gòu)成的沖刷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在水利、取排水、海河岸堤壩防護(hù)、橋梁、海洋平臺(tái)等工程中，水流的沖刷對(duì)結(jié)構(gòu)造成破壞的現(xiàn)象相當(dāng)普遍。結(jié)構(gòu)的地基往往由于水流的沖蝕而使得其強(qiáng)度降低，給結(jié)構(gòu)的安全帶來(lái)隱患，而且因?yàn)樗鞯臎_刷都在水下，一般很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)。然而結(jié)構(gòu)一旦由于沖刷產(chǎn)生破壞時(shí)，往往導(dǎo)致都是諸如垮塌等惡性事故，危及廣大人民群眾的財(cái)產(chǎn)和生命安全。有資料顯示，美國(guó)在過(guò)去30年發(fā)生的約1000多座橋梁的垮塌事故，有60％是由于橋墩的沖刷破壞所致。另外，水流對(duì)海、河岸堤壩基礎(chǔ)的沖刷也將威脅到堤壩的安全，洋流對(duì)海洋平臺(tái)基礎(chǔ)的沖刷則威脅了海洋平臺(tái)的安全。由于水流沖刷引起的結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題，已經(jīng)日益引起人們的重視，結(jié)構(gòu)的沖刷監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的一項(xiàng)重要的任務(wù)。

目前對(duì)于沖刷深度的測(cè)量，主要有地形尺、測(cè)深桿、測(cè)深錘、回波探測(cè)儀、聲納等，但是這些方法在實(shí)際工程應(yīng)用中都具有很大的局限性。地形尺、測(cè)深桿、測(cè)深錘的測(cè)深常常受到地形、環(huán)境、測(cè)量深度等的多方面的限制，而回波探測(cè)儀、聲納等易受噪聲干擾，而且也不便于連續(xù)監(jiān)測(cè)。

光纖光柵由于精度高，應(yīng)變測(cè)量能達(dá)到1με，而且封裝后能防水，耐腐蝕，長(zhǎng)期性能比較好，不僅能傳感，而且也能用于傳輸數(shù)據(jù)，利于組網(wǎng)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)中。為了提高結(jié)構(gòu)應(yīng)變測(cè)試的真實(shí)性、可靠性以及噪聲魯棒性，東南大學(xué)已開(kāi)發(fā)出了長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵應(yīng)變傳感器，并成功運(yùn)用于結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)中。基于光纖光柵的各類(lèi)傳感器的開(kāi)發(fā)正在大力推進(jìn)中，但基于光纖光柵對(duì)于沖刷問(wèn)題的研究目前還極少。目前國(guó)內(nèi)只有大連理工大學(xué)開(kāi)發(fā)了一種基于常規(guī)點(diǎn)式光纖光柵的沖刷傳感器，其傳感探頭一旦由于沖刷而露出河床的時(shí)候，傳感器兩側(cè)將產(chǎn)生動(dòng)水壓力，傳感探頭裝置兩側(cè)的膜片產(chǎn)生變形，帶動(dòng)連桿的運(yùn)動(dòng)，并繼而帶動(dòng)裝置內(nèi)的等強(qiáng)度梁發(fā)生撓曲，并由封裝在等強(qiáng)度梁FBG監(jiān)測(cè)其應(yīng)變，從而判斷有無(wú)沖刷。其原理是由于在動(dòng)水中柱體繞流，在其迎流面和背流面分別產(chǎn)生正的和負(fù)的動(dòng)水壓力，使得等強(qiáng)度梁發(fā)生變形。但是這種傳感器工藝復(fù)雜，造價(jià)頗高，但精度卻只能達(dá)到0.2m，而且其金屬外殼和金屬網(wǎng)片在水中很容易生銹，耐腐蝕性能差，另外其傳感器上的每個(gè)傳感探頭的光纖引出線都需要引出，增加了對(duì)調(diào)制解調(diào)儀接口的占用，不利于多個(gè)傳感器的同時(shí)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，且其安裝的位置也必須在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的上游，對(duì)位置也有一定的局限性。大連理工大學(xué)設(shè)計(jì)的沖刷傳感器也是基于傳統(tǒng)點(diǎn)式傳感方式進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量，目前對(duì)于利用長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵進(jìn)行分布式傳感來(lái)研究沖刷問(wèn)題在國(guó)內(nèi)外檢索尚無(wú)相關(guān)專(zhuān)利及相關(guān)文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種具有高精確度、高耐久性、溫度自適應(yīng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵沖刷傳感器及其制作、安裝布設(shè)方法和由其構(gòu)成的沖刷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵沖刷傳感器包括彈性直桿和與彈性直桿封裝為一體的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感探頭陣列，長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感探頭陣列位于彈性直桿的側(cè)面；長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感探頭陣列包括多個(gè)長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感探頭，多個(gè)長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感探頭依次串聯(lián)。

上述彈性直桿包括傳感段和位于傳感段底端的錨固段；長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感探頭陣列安裝在傳感段上，錨固段設(shè)有多個(gè)斜向上的倒勾。

上述長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感探頭包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫(xiě)在光纖上的光柵，光纖的兩端分別固定在套管的兩端。

上述彈性直桿采用的材料為纖維強(qiáng)化塑料。

本發(fā)明的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵沖刷傳感器的制作方法，包括以下幾個(gè)步驟：

(a1)制作彈性直桿；

(a2)制作長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感探頭陣列：

首先制作長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感探頭，然后將多個(gè)長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感探頭依次進(jìn)行串聯(lián)，形成長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感探頭陣列；

(a3)首先將長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感探頭陣列安裝在彈性直桿的側(cè)面，然后將長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感探頭陣列與彈性直桿封裝為一體，形成最終的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵沖刷傳感器。

上述長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感探頭的制作方法，包括以下幾個(gè)步驟：

(a21)將光纖穿入套管；

(a22)在套管外面包裹復(fù)合材料并浸潤(rùn)環(huán)氧樹(shù)脂，進(jìn)行封裝；

(a23)將光纖的兩端分別通過(guò)固結(jié)膠與套管的兩端相固定，其余部分的光纖可在套管內(nèi)自由滑動(dòng)。