[发明专利]一种高铁桥墩沉降的光纤光栅监测装置

说明书

本发明公开了一种高铁桥墩沉降的光纤光栅监测装置，该装置包括桥身、桥墩、基准桩以及三个光纤光栅，其中两个光纤光栅经过拉伸后，两端的光纤分别固定在基准桩和桥墩上的圆柱凸起上，用于感知桥墩沉降带来的变形应变；另外一个光纤光栅自由悬空于桥墩上的圆柱凸起上，为其他两个应变测量光栅提供温度补偿；当桥墩发生沉降位移时，两个预拉伸的光纤光栅张力产生变化，波长出现漂移。本发明采用光纤光栅作为传感元件测量桥墩沉降变形，不受野外电磁干扰影响，可上百公里的远距离传输信号，能够实现分布式实时监测。

技术领域

本发明属于岩土工程安全监测和光纤传感技术领域，具体涉及一种高铁桥墩沉降的光纤光栅监测装置。

背景技术

高速铁路在我国发展迅猛，越来越多的高铁线路将我国各地互联互通。但同时，我国地质构造复杂，对于诸如黄土高原、青藏高原等恶劣地质条件下的高铁线路，易发生桥墩沉降问题，如果沉降超过安全极限，高铁运行安全就会受到极大威胁，因此，高铁桥墩的沉降监测显得尤为重要。

现有的桥墩沉降监测多采用GPS、激光成像、光学干涉仪等技术手段，它们往往存在仪器操作复杂、使用不便、不利于开展实时监测等问题。如申请号为“201410013970.5”的中国发明专利，公开了一种基于准直激光成像的桥墩沉降在线监测与预警系统，通过在基准桥墩上安装激光器，激光发光依次指向下一个桥墩，然后对光进行图像处理后，得到相对沉降量。该技术装置由多个仪器组成，系统构成复杂，而高铁桥墩往往位于野外环境，存在雷击等复杂干扰，该技术装置的适用性存在问题。

发明内容

现有的高铁桥墩监测技术主要存在无法在恶劣环境下监测、不利于实时监测等问题，针对这些问题，本发明提供了一种高铁桥墩沉降的光纤光栅监测装置，采用光纤光栅作为传感元件测量桥墩沉降变形，不受野外电磁干扰影响，可上百公里的远距离传输信号，能够实现分布式实时监测。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种高铁桥墩沉降的光纤光栅监测装置，包括桥身、桥墩、第一基准桩、第一光纤光栅、第二光纤光栅、第三光纤光栅和第二基准桩；所述第一基准桩和第二基准桩分别位于各自桥身下面两个桥墩间的中间位置，并固定在地面；第一基准桩和第二基准桩分别位于桥墩的左右两侧；所述第一光纤光栅的左侧光纤固定在第一基准桩的侧面上，右侧光纤固定在中间桥墩的相同侧面上；所述第二光纤光栅自由悬空于中间桥墩的相同侧面上；所述第三光纤光栅的左侧光纤固定在中间桥墩上与第一光纤光栅的右侧光纤相同的位置，右侧光纤固定在第二基准桩的相同侧面上；第一光纤光栅的右侧光纤、第三光纤光栅的左侧光纤分别与第二光纤光栅两端的尾纤焊接后串联。

优选地，所述桥墩的侧面上端设有桥墩圆柱凸起；所述第一基准桩的侧面上端设有第一基准桩圆柱凸起，所述第二基准桩的侧面上端设有第二基准桩圆柱凸起；所有的圆柱凸起均位于相同的侧面，桥墩圆柱凸起的高度高于另两个圆柱凸起，第一基准桩圆柱凸起的高度和第二基准桩圆柱凸起的高度相等。

优选地，所述第一光纤光栅的左侧光纤缠绕并采用胶黏剂固定在第一基准桩圆柱凸起上，经过拉伸后，右侧光纤缠绕并采用胶黏剂固定在桥墩圆柱凸起上；所述第二光纤光栅自由悬空于桥墩圆柱凸起上；所述第三光纤光栅的左侧光纤缠绕并采用胶黏剂固定在桥墩圆柱凸起上，经过拉伸后，右侧光纤缠绕并采用胶黏剂固定在第二基准桩圆柱凸起上。

优选地，所述第一基准桩和第二基准桩均深埋入地面固定。

优选地，所述第一光纤光栅左侧一端的尾纤和第三光纤光栅右侧一端的尾纤，分别与下一个桥墩监测光纤光栅继续串接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用光纤光栅作为传感元件测量桥墩沉降变形，不受野外电磁干扰影响，可上百公里的远距离传输信号，而且一根光纤上可串接数十个光栅测点，可以实现分布式实时监测。

(2)实施过程中，只需埋入基准桩，光纤光栅缠绕固定后即可开展测量，操作简便。