[發(fā)明專利]一種基于光纖傳感技術(shù)的房屋建筑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110475468.6
• 申請(qǐng)日: 2021-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN113218364B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 童曉玲;楊建宇;葉舒恒;宋志遠(yuǎn);李晨;唐浩冕;段宇星
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C5/04
• 分類號(hào): G01C5/04;G01C9/00;G01B11/02;G01B11/26;G01D5/353;G01D5/38;H04W4/38;H04L67/12
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹

1.一種基于光纖傳感技術(shù)的房屋建筑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括光纖光柵傳感器模塊和信號(hào)解調(diào)與數(shù)據(jù)分析模塊；

其中光纖光柵傳感器模塊設(shè)置于房屋建筑框架上，用于監(jiān)測(cè)房屋建筑框架的結(jié)構(gòu)變化并輸出光信號(hào)，包括：

多個(gè)光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀，設(shè)置于房屋建筑框架底層的結(jié)構(gòu)柱上，用于監(jiān)測(cè)光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀安裝點(diǎn)的沉降量；其中一個(gè)光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀作為基準(zhǔn)點(diǎn)，其余作為觀測(cè)點(diǎn)；所述光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀包括外部殼體，外部殼體兩側(cè)設(shè)置有出纖孔和供液體流通的出水孔，外部殼體內(nèi)部設(shè)置有與外部殼體連接的變形膜片、應(yīng)變結(jié)構(gòu)；外部殼體內(nèi)部還設(shè)置有第一光纖，第一光纖設(shè)置有第一光纖光柵FBG，第一光纖光柵FBG固定于所述應(yīng)變結(jié)構(gòu)；

光纖光柵雙向傾角傳感器，設(shè)置于房屋建筑框架頂層的外側(cè)結(jié)構(gòu)柱上，用于監(jiān)測(cè)房屋建筑框架的傾斜角度；所述光纖光柵雙向傾角傳感器包括基體和第二光纖，基體上下兩端連接有質(zhì)量塊外環(huán)，所述第二光纖固定于質(zhì)量塊外環(huán)，第二光纖設(shè)置有第二至第五光纖光柵FBG；

多個(gè)光纖光柵位移傳感器，設(shè)置于房屋建筑框架中已存在的結(jié)構(gòu)性裂縫處，用于監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)性裂縫寬度的拓展情況；所述光纖光柵位移傳感器包括親磁金屬塊、封裝殼體、彈性磁耦合機(jī)構(gòu)和柔性光纖光柵感應(yīng)機(jī)構(gòu)；所述親磁金屬塊和封裝殼體設(shè)置于所述結(jié)構(gòu)性裂縫兩側(cè)，柔性光纖光柵感應(yīng)機(jī)構(gòu)固定于封裝殼體內(nèi)部，與所述彈性磁耦合機(jī)構(gòu)連接，彈性磁耦合機(jī)構(gòu)穿過封裝殼體與親磁金屬塊之間形成閉合磁回路；

光纖光柵傳感器模塊中的所有傳感器均由光纖光纜串聯(lián)，光纖光纜終端接入信號(hào)解調(diào)與數(shù)據(jù)分析模塊；

信號(hào)解調(diào)與數(shù)據(jù)分析模塊，用于接收光信號(hào)并進(jìn)行信號(hào)處理，包括：

光纖光柵解調(diào)模塊，根據(jù)光纖光柵傳感器模塊輸出的光信號(hào)中的波峰信號(hào)位置順序判斷所屬的信號(hào)類別，按照波分復(fù)用的方式對(duì)光信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并將各類解調(diào)信號(hào)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理模塊；

數(shù)據(jù)處理模塊，用于對(duì)解調(diào)信號(hào)進(jìn)行溫度自補(bǔ)償和平滑處理，并將解調(diào)信號(hào)轉(zhuǎn)化為房屋建筑框架的結(jié)構(gòu)變化物理量；

4GDTU數(shù)據(jù)傳輸模塊，將物理量數(shù)據(jù)通過無線傳輸?shù)皆品?wù)端；

云服務(wù)端，用于接收物理量數(shù)據(jù)并根據(jù)預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行閾值報(bào)警分析和頁(yè)面顯示；

電源模塊，用于向信號(hào)解調(diào)與數(shù)據(jù)分析模塊中的其他模塊提供工作電壓。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖傳感技術(shù)的房屋建筑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述應(yīng)變結(jié)構(gòu)為橢圓結(jié)構(gòu)，所述第一光纖光柵FBG固定于橢圓結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸方向；各光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀的出水孔通過通液管連接，通液管連接有儲(chǔ)水容器；

當(dāng)房屋建筑框架發(fā)生不均勻沉降時(shí)，光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀中的液面相對(duì)橢圓結(jié)構(gòu)的高度發(fā)生變化，使橢圓結(jié)構(gòu)受液體壓力作用沿短軸方向產(chǎn)生負(fù)應(yīng)變，第一光纖光柵FBG受壓縮產(chǎn)生正應(yīng)變，第一光纖光柵FBG的中心波長(zhǎng)發(fā)生變化，通過各觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的中心波長(zhǎng)變化得到房屋建筑框架的不均勻沉降情況。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光纖傳感技術(shù)的房屋建筑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述外部殼體為316不銹鋼材料，橢圓結(jié)構(gòu)為TA2鈦合金材料；由于316不銹鋼材料的熱膨脹系數(shù)大于TA2鈦合金的熱膨脹系數(shù)，在升溫工況下橢圓結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸方向距離增大，引起第一光纖光柵FBG的中心波長(zhǎng)增大，而橢圓結(jié)構(gòu)的短軸方向由于被測(cè)的房屋建筑框架發(fā)生變形而被壓縮，于是通過調(diào)整橢圓結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)實(shí)現(xiàn)光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀中第一光纖光柵FBG的溫度自補(bǔ)償。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖傳感技術(shù)的房屋建筑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述質(zhì)量塊外環(huán)外側(cè)設(shè)置有若干導(dǎo)纖槽，所述第二光纖固定于導(dǎo)纖槽內(nèi)，所述第二至第五光纖光柵FBG設(shè)置于上下兩側(cè)的導(dǎo)纖槽之間；

當(dāng)房屋建筑框架發(fā)生傾斜時(shí)，質(zhì)量塊外環(huán)的重力使基體發(fā)生形變，從而使第二至第五光纖光柵FBG發(fā)生形變，對(duì)應(yīng)中心波長(zhǎng)發(fā)生變化，通過對(duì)向光纖光柵FBG的中心波長(zhǎng)差值得到房屋建筑框架的傾斜角度，同時(shí)溫度變化引起的中心波長(zhǎng)漂移作為共模信號(hào)被消除，從而實(shí)現(xiàn)光纖光柵雙向傾角傳感器的溫度自補(bǔ)償。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于光纖傳感技術(shù)的房屋建筑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述基體為TA2鈦合金材料，質(zhì)量塊外環(huán)為316不銹鋼材料。