[发明专利]基于弱光栅阵列的桥梁缆索索力状态监测装置与监测方法

说明书

一种基于弱光栅阵列的桥梁缆索索力状态监测装置，包括弱光栅阵列传感光缆、光纤光栅振动解调仪与振动信号处理单元，所述弱光栅阵列传感光缆沿被测缆索的表面轴向布置，弱光栅阵列传感光缆、被测缆索的表面相互贴合，弱光栅阵列传感光缆的末端经光纤光栅振动解调仪与振动信号处理单元进行信号连接，所述弱光栅阵列传感光缆的内部设置有同轴的传感光纤，该传感光纤上等间距的设置有多个弱光栅。本设计结构简单，安装方便，不仅可以实现桥梁缆索索力的在线监测，而且能够获取每根缆索索力的分布状态，为实时掌握桥梁缆索的安全状态提供了一种全新的监测装置和方法。

技术领域

本发明涉及一种桥梁缆索索力的监测技术，属于光纤传感检测技术领域，尤其涉及一种基于弱光栅阵列的桥梁缆索索力状态监测装置与监测方法。

背景技术

大跨度桥梁的缆索系统(斜拉索、主缆、吊索等)是索类桥梁的核心承力构件，绝大部分的桥梁自重、桥上动载都通过缆索传递到塔柱上，缆索的工作状态是直接反映桥梁结构安全与否的重要指标之一。然而，由于构造设计、环境腐蚀、疲劳积累等原因，缆索在服役期间难免发生不同程度的损伤和劣化，加上交通荷载变化的影响，缆索的受力状态始终处在动态变化之中。因此，研究桥梁缆索的索力状态的监测方法，尤其是在线监测缆索索力的分布状态及其变化，及时掌握缆索的受力状况，对评价桥梁结构的整体安全具有重要意义。

目前，缆索索力的监测方法有多种，如油压表法、磁通量法、测力环法、频率法等。针对已建成的桥梁，频率法是最常用、最有效的方法之一，频率法主要基于压电式拾振器的传感装置，输出弱电信号，直接传输距离不超过几百米，且怕潮湿，易受干扰，不能在自然环境下长期工作，一般仅用于定期检测，而不能在线监测。

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不能在线监测缆索索力的缺陷与问题，提供一种能够在线监测缆索索力的基于弱光栅阵列的桥梁缆索索力状态监测装置与监测方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种基于弱光栅阵列的桥梁缆索索力状态监测装置，包括弱光栅阵列传感光缆、光纤光栅振动解调仪与振动信号处理单元，所述弱光栅阵列传感光缆沿被测缆索的表面轴向布置，弱光栅阵列传感光缆、被测缆索的表面相互贴合，弱光栅阵列传感光缆的末端经光纤光栅振动解调仪与振动信号处理单元进行信号连接；

所述弱光栅阵列传感光缆的内部设置有同轴的传感光纤，该传感光纤上等间距的设置有多个弱光栅。

所述弱光栅阵列传感光缆的长度与被测缆索的长度相同，所述弱光栅阵列传感光缆通过多个不锈钢扎圈捆扎在被测缆索的表面，不锈钢扎圈的位置与弱光栅阵列传感光缆中弱光栅的位置一一对应。

所述弱光栅阵列传感光缆的断面为圆形，由内至外依次为传感光纤、金属铠装层、外护套；所述传感光纤上任意两个相邻弱光栅之间的间距为2-100米。

所述传感光纤为在拉丝塔上在线连续刻写的全同光栅阵列，该全同阵列光栅的3dB的反射带宽为2—3nm，反射率为-30—50dB。

所述外护套的制造原料为聚氯乙烯护套料、阻燃护套料或耐电护套料，所述外护套的内部设置有四根钢丝加强件，四根钢丝加强件沿同一圆周均匀设置；

所述金属铠装层的制造原料为铝塑复合带、钢塑复合带、螺旋钢铠、钢绞线或不锈钢管，所述金属铠装层的孔径为0.8—6mm。

所述光纤光栅振动解调仪包括宽带光源、半导体激光放大器、环形器、光电转换器与采集卡。