專利名稱：內(nèi)置光纖光柵傳感器的橋梁用智能纜索系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種可適用于斜拉橋、懸索橋、拱橋等纜索承重結(jié)構(gòu)的內(nèi)置傳感器的智能纜索系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代大跨度橋梁的纜索系統(tǒng)是斜拉橋和懸索橋的核心構(gòu)件，大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)的自重和橋上動載，絕大部分是通過纜索系統(tǒng)傳遞到塔柱上，纜索的工作狀態(tài)是直接反映橋梁是否處于安全狀態(tài)的重要標志之一。但由于構(gòu)造設(shè)計、環(huán)境腐蝕、疲勞積累等原因，纜索在服役期間難免出現(xiàn)不同程度的損傷和劣化。若能將傳感器有機地集成到纜索內(nèi)部，使其自身能夠測量內(nèi)部應(yīng)力、溫度等參數(shù)，使其從一個單純承力的纜索上升為具有自動感知能力的智能纜索，同時也實現(xiàn)兼顧纜索的整體受力與局部絲受力監(jiān)測的可能，將更有利于人們掌握纜索自身以及全橋的結(jié)構(gòu)安全與運營狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)事故先兆、防止突發(fā)性事故發(fā)生。
光纖光柵是一種性能優(yōu)良的敏感元件，可通過布拉格反射波長的移動來感應(yīng)外界微小應(yīng)變變化而實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)應(yīng)力、溫度等參數(shù)實現(xiàn)在線監(jiān)測。它具有不怕惡劣環(huán)境、不受環(huán)境噪聲干擾、抗電磁干擾、集傳感與傳輸于一體、構(gòu)造簡單、使用方便、測量精度高等特點。
但是未經(jīng)特殊處理的光纖光柵很脆弱，直接布設(shè)于纜索中，容易被破壞。將光纖光柵與纜索相結(jié)合，涉及到如何將光纖光柵以何種封裝形式進行封裝，提高光纖光柵傳感器及光纖在纜索制造及應(yīng)用過程中的存活率；如何將封裝的光纖光柵傳感器內(nèi)置于纜索內(nèi)部，確保光纖光柵傳感器埋植工藝可靠；如何有效地將光纖光柵信號無失真地引出纜索體外等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種能提高光纖光柵傳感器及光纖在纜索制造及應(yīng)用過程中的存活率、確保光纖光柵傳感器埋植工藝可靠以及能有效地將光纖光柵信號無失真地引出纜索體外的內(nèi)置光纖光柵傳感器的橋梁用智能纜索系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種內(nèi)置光纖光柵傳感器的橋梁用智能纜索系統(tǒng)，包括錨杯、分絲板、連接筒、內(nèi)置于連接筒部位的光纖光柵傳感器以及索體，所述光纖光柵傳感器包括光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器，將所述光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器先進行封裝，并將光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器的尾纖引出，封裝后的光纖光柵應(yīng)變傳感器固定連接于連接筒部位的外層鋼絲上，封裝后的光纖光柵溫度傳感器懸置于連接筒部位的鋼絲上，在所述分絲板上穿孔，在所述連接筒和錨杯內(nèi)預(yù)先埋入預(yù)留鋼管，該預(yù)留鋼管由所述分絲板上的穿孔引出，將光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器的的尾纖接入光纖線纜，該光纖線纜通過所述預(yù)留鋼管從纜索中引出，將從纜索中引出的光纖線纜接入一光纖光柵解調(diào)儀；通過監(jiān)測光纖光柵中心波長的變化，可實現(xiàn)對纜索內(nèi)溫度、纜索的整體受力情況及纜索內(nèi)鋼絲的應(yīng)力分布狀況進行實時監(jiān)測。
所述光纖光柵應(yīng)變傳感器的封裝結(jié)構(gòu)是所述光纖光柵應(yīng)變傳感器包括第一光纖光柵、中間軸向第二鋼管、第一鋼管、直徑略粗的第一保護鋼管以及用于與纜索用鋼絲連接的支座，所述第一保護鋼管有一件，第二鋼管、支座、第一鋼管均有二件，二件第二鋼管、二件支座、二件第一鋼管左右對稱布置于所述第一保護鋼管的左右兩邊，其中第二鋼管的直徑＜第一鋼管的直徑＜第一保護鋼管的直徑，所述第二鋼管中間軸向開槽，將支座上部區(qū)域穿孔，將一定標距的第一鋼管中間穿過所述支座上部區(qū)域穿孔連接在支座上。將直徑略大、長度合適的第一保護鋼管的兩端分別套裝在所述二件第一鋼管的一端，第一鋼管的另一端套裝在所述第二鋼管的一端，將第一光纖光柵穿過第二鋼管、第一鋼管和第一保護鋼管，光柵柵區(qū)在第一保護鋼管中心位置，將第一光纖光柵兩端用膠固定在二個第二鋼管的槽內(nèi)，第二鋼管開槽處外套第二熱縮套保護開槽部位，所述第一光纖光柵兩端尾纖由所述第二鋼管的另一端引出，將光纖光柵應(yīng)變傳感器的支座與所述纜索的鋼絲相連接，光纖光柵應(yīng)變傳感器外罩保護罩保護，用膠泥密封保護罩與鋼絲密封處，膠泥密封后的鋼絲空隙處外面再用膠帶密封，形成完全封裝后的光纖光柵應(yīng)變傳感器。
所述的光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)是所述的光纖光柵溫度傳感器包括第二光纖光柵、第二保護鋼管和第二熱縮套，第二光纖光柵懸置于第二保護鋼管內(nèi)，從第二保護鋼管內(nèi)引出尾纖，引出處用膠固定，并用第二熱縮套熱縮保護。
本發(fā)明的有益效果是 本發(fā)明提供一種在纜索的連接筒部位內(nèi)置光纖光柵傳感器的智能纜索系統(tǒng)，通過外接光纖光柵解調(diào)儀，測量光纖光柵中心波長的變化，可對纜索內(nèi)應(yīng)力分布狀況及纜索的整體受力狀況進行實時監(jiān)測，滿足特大橋梁的健康監(jiān)測要求，提高大橋的安全性。


圖1為本發(fā)明的光纖光柵應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的第二鋼管示意圖。
圖3為本發(fā)明的支座零件圖。
圖4為圖3的A-A剖示圖。
圖5為本發(fā)明的光纖光柵應(yīng)變傳感器與纜索的鋼絲連接示意圖。
圖6為本發(fā)明的光纖光柵溫度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為常用纜索的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為本發(fā)明的纜索分絲板截面示意圖。
圖9為本發(fā)明的纜索內(nèi)預(yù)留鋼管示意圖。
圖10為本發(fā)明內(nèi)置光纖光柵傳感器的橋梁用智能纜索系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11為本發(fā)明內(nèi)置光纖光柵傳感器的橋梁用智能纜索系統(tǒng)監(jiān)測示意圖。
圖中附圖標記 錨杯1、環(huán)氧鑄錨填料2、鋼絲3、連接筒4、分絲板5、孔5-1、連接筒密封填料6、預(yù)留鋼管7、光纖線纜8、光纖光柵應(yīng)變傳感器9、光纖光柵溫度傳感器10、索體11、光纖光柵解調(diào)儀12； 第一光纖光柵9-1、第二鋼管9-2、第一鋼管9-3、支座9-4、第二熱縮套9-5、第一保護鋼管9-6； 第二光纖光柵10-1、第二保護鋼管10-2、第二熱縮套10-3。
具體實施例方式 內(nèi)置傳感器測量纜索的受力狀態(tài)一直是研究的難點，纜索內(nèi)置光纖光柵應(yīng)變傳感器9的封裝結(jié)構(gòu)如下 參見圖1，圖1為本發(fā)明涉及的光纖光柵應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。由圖1可以看出，本發(fā)明涉及的光纖光柵應(yīng)變傳感器9包括第一光纖光柵9-1、第二鋼管9-2、第一鋼管9-3、直徑略粗的第一保護鋼管9-6以及用于與纜索用鋼絲連接的支座9-4，所述第一保護鋼管9-6有一件，第一鋼管9-3、支座9-4和第二鋼管9-2均有二件，二件第一鋼管9-3、二件支座9-4和二件第二鋼管9-2左右對稱布置于所述第一保護鋼管9-6的左右兩邊，其中第二鋼管9-2的直徑＜第一鋼管9-3的直徑＜第一保護鋼管9-6的直徑，所述第二鋼管9-2中間軸向開槽，如圖2。將支座9-4上部區(qū)域穿孔，如圖3和圖4，將一定標距的第一鋼管9-3中間穿過所述支座9-4上部區(qū)域穿孔連接在支座9-4上，所述第一鋼管9-3中間徑向切開分成兩件，切割的目的是將力直接傳遞到光纖光柵上，即直接拉光纖光柵，避免了第一鋼管9-3直接承受大應(yīng)變。將直徑略大、長度合適的第一保護鋼管9-6的兩端分別套裝在所述二件第一鋼管9-3的一端，保護細鋼管9-3切開后連接位置，第一鋼管9-3的另一端套裝在所述第二鋼管9-2的一端，將第一光纖光柵9-1穿過第一鋼管9-3、第二鋼管9-2和第一保護鋼管9-6，光柵柵區(qū)在第一保護鋼管9-6中心位置，將第一光纖光柵9-1兩端用膠固定在第二鋼管9-2的槽內(nèi)，第二鋼管9-2外套第二熱縮套9-5保護開槽部位，所述第一光纖光柵9-1兩端尾纖由所述第二鋼管9-2的另一端引出。
所述的光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)是如圖6，所述的光纖光柵溫度傳感器10包括第二光纖光柵10-1、第二保護鋼管10-2和第二熱縮套10-3，第二光纖光柵10-1懸置于第二保護鋼管10-2內(nèi)，從第二保護鋼管10-2內(nèi)引出尾纖，引出處用膠固定，并用第二熱縮套10-3熱縮保護。
將光纖光柵應(yīng)變傳感器9和光纖光柵溫度傳感器10布置于纜索內(nèi)部，涉及到如何將光纖光柵應(yīng)變傳感器9和光纖光柵溫度傳感器10的傳感信號有效引出索體外的問題。常用纜索的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示，該纜索由錨杯1、環(huán)氧鑄錨填料2、鋼絲3、連接筒4、分絲板5、連接筒密封填料6和索體11組成。在纜索的分絲板5上預(yù)留幾個孔5-1，如圖8所示。將合適長度、合適直徑的預(yù)留鋼管7穿過預(yù)留的孔5-1內(nèi)，為光纖線纜8引出預(yù)留通道。對預(yù)留鋼管7的要求是能夠承受一定的折度和灌環(huán)氧鑄錨填料2時需承受的側(cè)向壓力。向錨杯1內(nèi)灌入環(huán)氧鑄錨填料2，將錨杯1放入加熱爐內(nèi)加熱固化，使錨杯與內(nèi)部的鋼絲成為一體。在灌錨工序結(jié)束后，將光纖光柵應(yīng)變傳感器9通過其支座9-4與纜索的連接筒4部位的外層鋼絲3連接，如圖5和圖9，使鋼絲3上所受的力有效地傳遞到光纖光柵應(yīng)變傳感器9的光纖光柵上。將光纖光柵應(yīng)變傳感器9用保護罩保護，用膠泥密封保護罩與鋼絲空隙處，外面再用膠帶密封，保護光纖光柵應(yīng)變傳感器，形成完全封裝后的光纖光柵應(yīng)變傳感器9，如圖9所示。將封裝后的光纖光柵溫度傳感器10懸置于所述連接筒4內(nèi)鋼絲上，將光纖線纜8穿入預(yù)留鋼管7內(nèi)。套上連接筒4，灌入連接筒密封填料6，進行連接筒的常溫固化環(huán)節(jié)。最終的智能纜索結(jié)構(gòu)示意圖如圖10所示。
將智能纜索錨端引出的光纖線纜8接入光纖光柵解調(diào)儀12，如圖11所示，通過監(jiān)測光纖光柵中心波長的變化，通過內(nèi)置的光纖光柵溫度傳感器，實時監(jiān)測纜索內(nèi)溫度變化；通過內(nèi)置的光纖光柵應(yīng)變傳感器，并結(jié)合光纖光柵溫度補償?shù)慕Y(jié)果，對纜索內(nèi)鋼絲的應(yīng)力分布狀況及纜索的整體受力進行實時監(jiān)測。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)置光纖光柵傳感器的橋梁用智能纜索系統(tǒng)，包括錨杯(1)、分絲板(5)、連接筒(4)、內(nèi)置于連接筒(4)部位的光纖光柵傳感器以及索體(11)，所述光纖光柵傳感器包括光纖光柵應(yīng)變傳感器(9)和光纖光柵溫度傳感器(10)，其特征在于將光纖光柵應(yīng)變傳感器(9)和光纖光柵溫度傳感器(10)先進行封裝，并將光纖光柵應(yīng)變傳感器(9)和光纖光柵溫度傳感器(10)的尾纖引出，封裝后的光纖光柵應(yīng)變傳感器(9)固定連接于連接筒(4)部位的外層鋼絲(3)上，封裝后的光纖光柵溫度傳感器(10)懸置于連接筒部位的鋼絲(3)上，在所述分絲板(5)上穿孔(5-1)，在所述連接筒(4)和錨杯(1)內(nèi)預(yù)先埋入預(yù)留鋼管(7)，該預(yù)留鋼管(7)由所述分絲板(5)上的穿孔(5-1)引出，將光纖光柵應(yīng)變傳感器(9)和光纖光柵溫度傳感器(10)的尾纖接入一光纖線纜(8)，該光纖線纜(8)通過所述預(yù)留鋼管(7)從纜索中引出，將從纜索中引出的光纖線纜(8)接入一光纖光柵解調(diào)儀(12)；所述光纖光柵傳感器的封裝結(jié)構(gòu)是所述光纖光柵應(yīng)變傳感器(9)包括第一光纖光柵(9-1)、第一鋼管(9-3)、第二鋼管(9-2)、第一保護鋼管(9-6)以及支座(9-4)，所述第一保護鋼管(9-6)有一件，第一鋼管(9-3)、支座(9-4)和第二鋼管(9-2)均有二件，二件第一鋼管(9-3)、二件支座(9-4)和二件第二鋼管(9-2)左右對稱布置于所述第一保護鋼管(9-6)的左右兩邊，其中第二鋼管(9-2)的直徑＜第一鋼管(9-3)的直徑＜第一保護鋼管(9-6)的直徑，所述第二鋼管(9-2)中間軸向開槽，支座(9-4)上部區(qū)域穿孔，第一鋼管(9-3)中間穿過所述支座(9-4)上部區(qū)域穿孔連接在支座(9-4)上，將第一保護鋼管(9-6)的兩端分別套裝在所述二件第一鋼管(9-3)的一端，第一鋼管(9-3)的另一端套裝在所述第二鋼管(9-2)的一端，將第一光纖光柵(9-1)穿過第二鋼管(9-2)、第一鋼管(9-3)和第一保護鋼管(9-6)，光柵柵區(qū)在第一保護鋼管(9-6)中心位置，將第一光纖光柵(9-1)兩端用膠固定在所述二件第二鋼管(9-2)的槽內(nèi)，第二鋼管(9-2)開槽處外套第二熱縮套(9-5)，所述第一光纖光柵(9-1)兩端尾纖由所述第二鋼管(9-2)的另一端引出，光纖光柵應(yīng)變傳感器(9)的支座與所述纜索的鋼絲相連接，光纖光柵應(yīng)變傳感器(9)外罩保護罩保護，用膠泥密封保護罩與鋼絲密封處，膠泥密封后的鋼絲空隙處外面再用膠帶密封，形成完全封裝后的光纖光柵應(yīng)變傳感器；所述的光纖光柵溫度傳感器(10)封裝結(jié)構(gòu)是所述光纖光柵溫度傳感器(10)包括第二光纖光柵(10-1)、第二保護鋼管(10-2)和第二熱縮套(10-3)，第二光纖光柵(10-1)懸置于第二保護鋼管(10-2)內(nèi)，第二光纖光柵(10-1)從第二保護鋼管(10-2)內(nèi)引出尾纖，引出處用膠固定，并套上第二熱縮套(10-3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)置光纖光柵傳感器的橋梁用智能纜索系統(tǒng)，用于斜拉橋、懸索橋、拱橋等纜索承重結(jié)構(gòu)。包括錨杯(1)、分絲板(5)、連接筒(4)、光纖光柵傳感器以及索體(11)，所述光纖光柵傳感器包括光纖光柵應(yīng)變傳感器(9)和光纖光柵溫度傳感器(10)，將光纖光柵應(yīng)變傳感器(9)和光纖光柵溫度傳感器(10)的尾纖引出，封裝后的光纖光柵應(yīng)變傳感器(9)固定連接于連接筒(4)部位的外層鋼絲(3)上，封裝后的光纖光柵溫度傳感器(10)懸置于連接筒部位的鋼絲(3)上，在所述分絲板(5)上穿孔(5-1)，在所述連接筒(4)和錨杯(1)內(nèi)預(yù)先埋入預(yù)留鋼管(7)。本發(fā)明能提高光纖光柵傳感器及光纖在纜索制造及應(yīng)用過程中的存活率，確保光纖光柵傳感器埋植工藝可靠以及能有效地將光纖光柵信號無失真地引出纜索體外。
文檔編號G01L1/24GK101701450SQ20091014515
公開日2010年5月5日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者劉禮華, 趙霞, 姜德生, 李盛, 趙軍, 周明寶, 寧世偉, 薛花娟, 張恩隆, 周祝兵 申請人:法爾勝集團公司, 武漢理工大學(xué)