[發明專利]一種基于光纖傳感的橋梁位移監測系統

無效

• 申請號: 201310030598.4
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103134432A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 許國良;張旭蘋;蔡江江
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明涉及基礎設施結構安全健康監測領域，具體而言涉及一種基于光纖光柵傳感技術的橋梁位移監測系統。

背景技術

隨著經濟的快速發展，我國基礎土木設施建設迎來了歷史少有的高峰期，呈現出“重建不重養”，也日益暴露出多層面、復雜化、分散性的社會公共安全隱患和重大事故風險，給人民生命財產和社會資源造成了巨大的損失。國家政府監管部門著手逐步完善相應的標準規范來約束交通設施安全行業的發展，定期各省市監管部門安全隱患排查，相應地《國家中長期科技發展規劃綱要》將公共安全健康及危險監測等納入了國家戰略發展方向。

現代高架鐵路和公路的高速度、高密度連續運營等特點對安全工作提出了更嚴格的要求，高速行駛的車輛對橋梁的動力作用遠大于普通車輛，因此對行車安全提出了更高的要求。車輛高速通過時對橋梁支點的擠壓和振動而產生橋梁的變形和吊空，或者橋梁和橋墩之間相對位移（如地表沉降）造成的橋梁變形和吊空，會影響車輛行駛的穩定性，更會危害橋梁安全，因此需對橋梁及其支點進行長期動態監測，以做到提前預警，防止事故發生。

橋梁變形監測主要根據橋梁結構類型、設計要求和用途以及處于施工期監測還是運營期長期監測來確定監測內容、監測精度和監測方法。傳統的變形和位移監測方法可采用GPS、極坐標、精密量距、導線測量、前方交會、正垂線、電垂直梁、水準測量等。由于鐵路、公路橋梁的建設普遍遠離城鎮，傳統監測方法供電方面難度很大，加上綿延數百公里的高鐵線路需要數量巨大的監測傳感器且形成傳感器網絡，因此目前對超長距離如高鐵橋梁位移的監測尚無成功的應用案例。

光柵位移傳感器的原理是利用光柵對應變有線性的波長變化的效應，將位移通過機械原理轉變成應變，進而利用波長的變化測量位移。光纖光柵傳感器具有精確度高，抗電磁干擾，無需供電等諸多特點，而且其波長編碼特性使得其使用中不受光源功率的影響以及能在單根光纖上串聯很多傳感器實現準分布式測量的特點更是其他類型的傳感器難以比擬的，應用前景大。

發明內容

本發明目的在于提供一種橋梁位移監測系統，通過光纖光柵應變傳感器對橋梁的變形和位移進行長期動態地監測，實現對橋梁安全健康的監測和預警。

為達成上述目的，本發明提出一種橋梁位移監測系統，包括：至少一個光纖光柵應變傳感器組，其固定于橋梁的監測點并用于監測橋梁的橫向、縱向和垂直形變；光纖光柵解調儀，其通過傳輸光纖連接至光纖光柵應變傳感器組，光纖光柵解調儀內部的光源發出的探測光入射到監測區域的所有光纖光柵位移傳感器中，且所述光纖光柵解調儀用于解調光纖光柵應變傳感器組產生的波長傳感信號；以及監控主機，其通過通信網絡接收光纖光柵解調儀的解調數據，并基于該解調數據分析橋梁的位移狀況和健康狀態。

進一步，光纖光柵應變傳感器組包括多個光纖光柵傳感器并通過熔接或快速接續器串聯在一根傳輸光纖上。

進一步，橋梁位移監測系統具有多個光纖光柵應變傳感器組且每組光纖光柵應變傳感器組內配置多個光纖光柵應變傳感器，多個光纖光柵應變傳感器串接在一根傳輸光纖或并接在多根傳輸光纖上，從而形成分布式光纖光柵傳感器網絡，以實現多點多區域監測。

進一步，光纖光柵應變傳感器分別包括光纖光柵和應力轉換結構，并封裝在一起。

進一步，光纖光柵解調儀內置或外接通信模塊，監控主機通過通信網絡可尋址不同光纖光柵解調儀，從而形成傳感器網絡，以實現多點多區域監測。

由以上本發明的技術方案可知，本橋梁位移監控系統能全天候，長時間的監控公路和鐵路橋梁的位移情況，與傳統傳感技術相比，具有抗干擾能力強、靈敏度高、穩定性好、監測現場無需供電等優勢，且光纖光柵傳感器和傳輸光纖輕松接合可實現傳感器和解調設備的分離從而實現遠端監測，并通過時分、空分和波分復用等方式實現眾多傳感器組網，從而實現目前傳統方式無法實現的超長距離（數十甚至數百公里）高架橋梁的結構安全健康監測。

附圖說明

圖1為較優實施例的橋梁位移監測系統的結構示意圖。

圖2為圖1實施例中光纖光柵應變傳感器組的結構示意圖。

圖3為中橋梁位移監測系統的使用方法示意圖。

具體實施方式

為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。