[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(kāi)（公告）號(hào): CN113218364B
• 公開(kāi)（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(lèi)號(hào): G01C5/04
• 分類(lèi)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

本發(fā)明公開(kāi)了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)，系統(tǒng)包括設(shè)置于房屋建筑框架的光纖光柵傳感器模塊以及用于進(jìn)行光信號(hào)處理的信號(hào)解調(diào)與數(shù)據(jù)分析模塊，其中光纖光柵傳感器模塊包括多個(gè)光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀、光纖光柵雙向傾角傳感器以及多個(gè)光纖光柵位移傳感器，分別用于檢測(cè)房屋建筑結(jié)構(gòu)的不均勻沉降、傾斜角度以及結(jié)構(gòu)性裂縫的拓展情況；信號(hào)解調(diào)與數(shù)據(jù)分析模塊包括用于解調(diào)光纖光柵傳感器模塊輸出光信號(hào)的光纖光柵解調(diào)模塊、用于對(duì)解調(diào)信號(hào)進(jìn)行溫度自補(bǔ)償和平滑處理的數(shù)據(jù)處理模塊、進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)?GDTU數(shù)據(jù)傳輸模塊以及云服務(wù)端和電源模塊。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并針對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及房屋建筑安全監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及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)。

背景技術(shù)

房屋建筑對(duì)于人民安居樂(lè)業(yè)與社會(huì)發(fā)展具有重大的基礎(chǔ)意義，但其結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題十分嚴(yán)峻，隨著已建成建筑物不斷老化，其承載能力達(dá)不到設(shè)計(jì)之初的水準(zhǔn)，當(dāng)外界荷載激勵(lì)達(dá)到正常使用極限狀態(tài)時(shí)即有可能對(duì)結(jié)構(gòu)造成損失累積，房屋結(jié)構(gòu)面臨變形超限等風(fēng)險(xiǎn)。另外我國(guó)正處于城市化建設(shè)過(guò)程中，周邊基坑開(kāi)挖可能導(dǎo)致建筑地基土體受力狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)而影響原有房屋結(jié)構(gòu)的使用安全。若不為房屋結(jié)構(gòu)設(shè)置安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在變形嚴(yán)重超限或偶然地震情況下，可能造成重大的人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。因此有必要對(duì)房屋建筑的關(guān)鍵物理參量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并以此判斷其安全狀態(tài)，為運(yùn)維維護(hù)人員提供檢修依據(jù)。

對(duì)于最為普遍的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)而言，其關(guān)鍵部位較小的變形即會(huì)對(duì)整體受力狀態(tài)產(chǎn)生較大的影響，因此房屋結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)對(duì)傳感器的靈敏度與穩(wěn)定性提出了較高的要求。目前在結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域中，針對(duì)于房屋建筑多采用水準(zhǔn)儀、全站儀以及高速攝像系統(tǒng)等離散性手段對(duì)沉降、傾角與裂縫拓展等物理參量進(jìn)行測(cè)量，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段具有安裝困難、長(zhǎng)期穩(wěn)定較差以及無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等缺陷。以電磁類(lèi)傳感器為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，其本身易受建筑內(nèi)部設(shè)備的電磁干擾，且由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)分布式串聯(lián)導(dǎo)致采用多點(diǎn)測(cè)量時(shí)組網(wǎng)困難，易發(fā)生溫漂導(dǎo)致其測(cè)量精度較低。

光纖光柵是一種以波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)為基礎(chǔ)的傳感器件，通過(guò)檢測(cè)反射光信號(hào)的波長(zhǎng)偏移量實(shí)現(xiàn)對(duì)外界物理量的測(cè)量，具有抗電磁干擾、多參量測(cè)量、靈敏度高且可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，可滿足建筑、橋梁、隧道與大壩等工程結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)需求。直接采用光纖傳感技術(shù)對(duì)房屋建筑進(jìn)行監(jiān)測(cè)則避免不了光纖光纜布線以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的傳輸，若在成片小區(qū)的各棟房屋之間采用光纖光纜連接，該方式的整體美觀性較差；若對(duì)每棟房屋布設(shè)一套解調(diào)設(shè)備、工控機(jī)與交換機(jī)等，其成本過(guò)高難以大范圍推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供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)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的不均勻沉、整體傾斜與結(jié)構(gòu)性裂縫拓展的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種技術(shù)方案：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)，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；