[實用新型]拱形光纖光柵風壓傳感器

有效

• 申請號: 201720870870.3
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN207730368U
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 賈鵬飛;淡丹輝;王向杰
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02
• 代理公司: 上海東亞專利商標代理有限公司 31208
• 代理人: 董梅

本實用新型涉及了一種采用拱形光纖光柵風壓傳感器，該風壓傳感器包括受力系統、傳感系統、滑動支座和基座，受力系統一端固結在底座上，另一端與滑動支座連接，在拱殼受到荷載作用時可以自由伸縮，并將變形傳遞給傳感系統的光纖光柵。滑動支座的滑塊沿著滑軌自由伸縮滑動。傳感系統的光纖光柵受到了受力系統的作用而伸長，并在荷載減小后可以回復。本傳感器的可安裝/拆卸以及便攜功能，使得其能夠在不同的環境下很好的工作，并且還能滿足現場實測過程中不同的土木工程結構物表現風壓監測。同時，通過混合級聯組網，本傳感器可實現多點分布式測量，并可實現遠距離遙控監測。當使用前需要進行標定時，與之配合的標定裝置能模擬均布風荷載，并且可以實現多級加載；不需要借助標準風壓傳感器標定待標定的風壓傳感器，并具備較高的精度，滿足工程需求；不需要較多的輔助設備，裝置簡單，操作方便，能耗小，節約成本。

技術領域

本實用新型涉及一種拱形光纖光柵風壓傳感器，屬適用于大型橋梁、高聳結構等土木工程結構物表面風壓現場實測。該傳感器主要應用于土木工程中結構物抵抗強烈風荷載等試驗、結構物表面風壓監測技術領域和風工程領域。

背景技術

風荷載可能引起土木結構物的不穩定，使之產生過大的撓度或變形，甚至會導致結構的破壞，影響結構物的安全性和適用性。因此，及時、準確地了解結構的風荷載，對結構運營期的適用性和安全性的評估和監控具有重要意義。對風荷載的監控已經成為結構健康監測的一項重要內容。

現場實測是認識結構物周圍風場特性的重要手段。但是，由于試驗成本相對較高，工作周期較長等原因的影響，同時實測數據的精度還與傳感器質量、數據采集和傳遞、信息的存儲和后處理等諸多因素有關，國內外全尺寸大型的空間結構物風載實測研究并不多。通常，現場實測的手段包括遠場風速風向測量和結構物表面風壓測量兩種形式。遠場風速風向監測的測量不受結構影響的風場信息，這在實際操作中是很困難的，因為傳感器總是要依附于結構物，因而測到的風速風向總是會在不同程度上受到結構物的影響。其實，幾乎所有的結構風穩定性分析中，風場的風速風向信息都首先會通過一定的數學物理模型轉換成結構物表面的風壓，然后再進行下一步的分析，因此，直接對建筑物表面的風壓的測量，不但會省去一些環節，而且有望克服風速風向測量的弊端，從而有可能成為一種很高效的手段。

常用的風壓傳感器一種是采用畢托管原理的多通路壓差系統。然而，傳統的風壓傳感器不適合安裝于各類型工程結構物表面，這樣就很難實現對結構物所處實際風環境進行長期有效、實時地監測。最重要的是，壓力導管組成的測壓管路系統易發生管腔共振，使輸出信號發生畸變。

另一種常見的傳感器是采用硅阻原理的壓阻式傳感器來測量風壓。雖然其線性好，靈敏度可以實現相對較高，實現微、低壓測量。但是，從原理上講，硅壓阻壓力傳感器是以硅材料為基礎的物性型傳感器，硅材料受環境溫度影響較大，會產生很大的零點溫度漂移和靈敏度溫度漂移，且形式多樣，對提高器件的穩定性很不利，同時硅壓阻壓力傳感器使用時必須進行溫度補償，否則很難達到實用要求；建立完整的溫度補償技術，會增加成本，限制了硅壓阻壓力傳感器的推廣和應用。

利用風壓傳感器進行工作前，首先應該對風壓傳感器進行標定，確定其輸入與輸出量的關系。在風壓測量中，標定裝置和標定方法的研究至關重要，標定精度也直接影響風壓傳感器的測量精度。

現有的風壓傳感器標定裝置一般分為兩類。一種是活塞式標定裝飾，由油缸、活塞和砝碼組成，通過砝碼的質量和活塞的截面積之間的比值來確定壓力的大小，從而標定風壓傳感器。這種活塞式標定裝置操作復雜，為了提高測量精度，消除加載在活塞上的摩擦阻力而采用的輔助設備較多，成本較高，難以廣泛應用。另一種標定裝置是使用壓力泵產生壓力，直接作用在風壓傳感器上。通過標準風壓傳感器來顯示產生壓力的大小，再對待標定的風壓傳感器施加相同的壓力，從而標定風壓傳感器。該標定裝置需要較多的輔助設備，能耗較大，操作復雜，同時施加壓力的大小需借助標準風壓傳感器來顯示，壓力測量的精度由標準風壓傳感器的精度決定，在不借助標準風壓傳感器的情況下，難以達到標定要求。以上提到的兩種標定裝置還有一個共同的缺點，無法對風壓傳感器施加均布的荷載。