[发明专利]光纤型土木工程结构应力监测元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测元件，特别涉及一种光纤型土木工程结构应力监测元件。

背景技术

桥梁、大坝、地铁、隧道等重大工程的设计使用期限长达数十年，甚至上百年，但在长期使用中，环境的侵蚀、材料的老化、以及负荷作用的疲劳效应、各种振动效应和突发事件等有害因素的共同作用将导致建筑物结构的损伤积累和负荷能力的下降，从而影响其使用寿命，在极端情况下甚至发生灾难性的事故。因此，需要对重要的建筑物的结构的健康进行监测，保证该土木工程处于安全使用条件下。

传统的土木工程监测方法有静态应变测试振动识别法、声发射法、超声测试法、红外热像法、脉冲雷达法和X射线法等多种方法，但这些方法对整个工程的完整测试困难、成本高、以定性测试为主，并且不易实现实时在线的长期监测，对于土木工程结构的健康状态不能及时完整的进行评估，具有较大的局限性。

光纤传感技术的出现及发展，为土木工程结构的有效监测提供了一种新的手段。光纤传感具有比传统以电荷为基础传感装置更好的特点，如不受电磁干扰、易构建分布式、准分布式传感阵列，可以进行远距离的监测等优点。一些桥梁、大坝已经开始使用光纤型传感装置进行性能监测，目前主要以光纤光栅应用居多，但也有缺点，主要是成本较高、监测点的数量偏少且已贴装在监测工程的表面为主，这限制了其的推广使用以及对工程结构的完整监测。

光纤微弯传感技术时一种结构简单、精度高、成本低、易于构建传感阵列的一种光纤传感装置，但在缺少即不丧失光纤的敏感性又能保护光纤的结构时，其埋入土木工程后生存几率受到影响，水泥的浇筑、振动、腐蚀对光纤均有影响，且在后续使用中也容易因断裂而失效。所以需要一种即能保护光纤、同时光纤还保持对应力监测的敏感性的微弯结构，并且易于埋入土木工程结构中。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种光纤型土木工程结构应力监测元件。本发明结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、寿命长、灵敏度高、易于埋入工程结构中，成为有效监测土木工程结构应力变化的敏感元件。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：光纤型土木工程结构应力监测元件，其特征在于：测试单元、处理单元和位于土木工程结构中的至少一个管道，且所述管道与外部密封隔绝，在管道内设置有至少一个曲线型支架和连续布设在所述曲线型支架上相对两侧的多个第一A侧变形齿和多个第一B侧变形齿，所述多个第一A侧变形齿和多个第一B侧变形齿之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个第一信号光纤穿过的曲线型通道，第一A侧变形齿和第一B侧变形齿对应布设在第一信号光纤两侧，且曲线型支架上至少两端固定于管道内壁，管道的至少一端与连接有一个细管，所述细管内布设有光缆，且所述光缆一端与管道内的第一信号光纤连接，所述光缆的另一端与测试单元连接，所述测试单元与处理单元连接。

上述的光纤型土木工程结构应力监测元件，所述曲线型支架为曲线型壳体，所述多个第一A侧变形齿和多个第一B侧变形齿对应布设在曲线型支架的内壁。

上述的光纤型土木工程结构应力监测元件，所述管道为波纹管状的结构或所述管道外表面设置有螺纹或凹槽。

上述的光纤型土木工程结构应力监测元件，所述曲线型支架为弹簧，第一A侧变形齿和第一B侧变形齿对应布设在弹簧中相邻相邻两圈弹簧丝之间。

上述的光纤型土木工程结构应力监测元件，所述曲线型支架为波纹管，第一A侧变形齿和第一B侧变形齿对应布设在波纹管的管壁上内凹处的相对两个侧面上。

上述的光纤型土木工程结构应力监测元件，所述曲线型支架为柱体，在柱体的侧壁上分布有缝隙，在缝隙的上下两侧布设有相互交错对应的第一A侧变形齿和第一B侧变形齿。

上述的光纤型土木工程结构应力监测元件，在所述曲线型支架上与第一个信号光纤并排布设有第二信号光纤，所述曲线型支架上连续布设有多个第二A侧变形齿和多个第二B侧变形齿，所述第二信号光纤夹持在第二A侧变形齿与第二B侧变形齿之间，所述第二A侧变形齿和第二B侧变形齿沿着曲线型支架每360度为一个周期，每个周期的起始点位于曲线型支架上的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿的间距或齿高是单调变化且变化趋势是一致的，所述第二个信号光纤通过光缆与测试单元相连接。

上述的光纤型土木工程应力监测元件，沿着曲线型支架每360度为一个周期且每个周期之间没有交叉，每个周期划分为相同数量的有限个区域，对应于曲线型支架同一个方向的每个周期上的对应区域内的变形齿的间距或齿高是相同的。