[发明专利]一种隔水管应力测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种隔水管应力测量装置，其特征在于：它包括围绕隔水管设置的扎带，通过扎带固定在隔水管同一圆周上的四个光纤布拉格光栅应变传感器，四个所述传感器之间相互间隔90°，且通过一光纤串接。

2.如权利要求1所述的隔水管应力测量装置，其特征在于：所述扎带包括对称设置的两个半圆环，每个半圆环两端的结合部分别设置有一连接盘，对应的两对所述连接盘通过螺栓固定连接成一体，每一传感器与其相邻的连接盘端面的夹角为45°。

3.如权利要求1所述的隔水管应力测量装置，其特征在于：所述扎带为平行设置的两个，每个所述扎带分别包括四个四分之一圆环，每个所述四分之一圆环两端的结合部分别设置有一连接盘，四个所述四分之一圆环上对应的四对连接盘通过螺栓固定连接成一体，每两个平行设置的所述四分之一圆环的中点相对设置有一T形梁，四对相对的所述T形梁底端之间分别设置有一传感器。

4.如权利要求1或2或3所述的一种隔水管应力的测量装置，其特征在于：所述扎带的内径小于隔水管外径。

5.如权利要求1或2或3所述的一种隔水管应力的测量装置，其特征在于：所述扎带材料为防海水腐蚀的316号系列不锈钢。

6.如权利要求4所述的一种隔水管应力的测量装置，其特征在于：所述扎带材料为防海水腐蚀的316号系列不锈钢。

7.一种如权利要求1～6任一项所述装置的隔水管应力测量方法，其包括以下步骤：

1)用一根光纤串接四个光纤布拉格光栅应变传感器，四个传感器位于隔水管的同一圆周上且间隔90°设置；

2)当隔水管受到外力作用时，通过四个传感器获取隔水管由应变引起的光纤布拉格光栅中心波长漂移量Δλ₁、Δλ₂、Δλ₃、Δλ₄；

3)设定四个传感器的应变分别为ε₁、ε₂、ε₃、ε₄，则：

纯弯曲应变时，应变ε₁与ε₃，ε₂与ε₄大小相等，符号相反，所以ε₁+ε₂+ε₃+ε₄＝0；

轴向拉伸应变时，应变ε₁、ε₂、ε₃、ε₄大小相等，符号相同；

4)由胡克定律可得由拉伸所引起的隔水管的应力为：

σ=E·ϵ1+ϵ2+ϵ3+ϵ44]]>

5)根据传感器的中心波长漂移量与应变的关系式：可得到隔水管的轴向应力为：σ=E4KλB·(ΔλB1+ΔλB2+ΔλB3+ΔλB4)]]>

6)根据隔水管在纯弯曲应力时的公式，计算出隔水管的弯曲方向及其弯矩：

θ=arctan(ΔλB1-ΔλB3ΔλB2-ΔλB4)]]>

M=EIz2KrλB·(ΔλB1-ΔλB3)2+(ΔλB2-ΔλB4)2]]>

由叠加定理可知，拉伸与弯曲组合时的应力为：

σmax=E4KλB[(ΔλB1+ΔλB2+ΔλB3+ΔλB4)+2(ΔλB1-ΔλB3)2+(ΔλB2-ΔλB4)2]]]>

K=1-(neff22)[P12-υ(P11+P12)]]]>

式中，M为隔水管截面处的弯矩，r为隔水管的半径，I_z为隔水管的惯性矩，E为隔水管的弹性模量，θ为隔水管弯曲时中性面与x轴的夹角，该夹角用于表示隔水管的弯曲方向，P₁₁、P₁₂分别为FBG应变传感器信号输入输出的光纤的弹光系数，n_eff为有效折射率，υ为泊松比。