[发明专利]一种海洋工程围堰应力实时监测装置与方法

权利要求书

1.一种海洋工程围堰应力实时监测装置，其特征在于，主体结构包括裸光纤光栅传感器、光纤连接线、铠装光缆、临面光纤光栅串、磁性光纤固定件、围堰结构钢板桩、激光器、光栅测试分析仪和计算机，若干个裸光纤光栅传感器按照预先设计间距通过光纤连接线连接为临面光纤光栅串，临面光纤光栅串末端的光纤连接线与铠装光缆连接，磁性光纤固定件底面平滑且中部开设一凹槽，临面光纤光栅串之间的光纤连接线卡入磁性光纤固定件上凹槽，磁性光纤固定件底面磁性吸附在围堰结构钢板桩表面，进而将光栅传感器按照设定的坐标可拆卸固定在围堰结构钢板桩表面，铠装光缆与光栅测试分析仪连接，光栅测试分析仪输入端与激光器连接，输出端与计算机连接。

2.根据权利要求1所述的海洋工程围堰应力实时监测装置，其特征在于，裸光纤光栅传感器按照预先设定的坐标均匀分布在围堰结构钢板桩表面。

3.根据权利要求1所述的海洋工程围堰应力实时监测装置，其特征在于，所述光栅测试分析仪包括耦合器、偏振控制器、第一电光调制器、掺铒光纤放大器、可调谐光滤波器、环形器、平衡式探测器、第二电光调制器、低噪声放大器、混频器、带通滤波器、中频放大器、包络解调器、A/D转换器和FPGA模块，光栅测试分析仪面板上设有耦合器输入端，通过耦合器输入端外接激光器，耦合器输出端与偏振控制器输入端连接，偏振控制器与第一电光调制器连接，第一电光调制器与通过掺铒光纤放大器与可调谐光滤波器连接，可调谐光滤波器与环形器一端口连接，环形器又一端口与铠装光缆连接，平衡式探测器通过偏振扰偏器与环形器再一端口连接，耦合器另一输出端通过第二光电调制器与平衡式探测器连接，平衡式探测器输出端通过低噪声放大器与混频器连接，混频器输出端与带通滤波器连接，带通滤波器通过中频放大器与包络解调器连接，包络解调器通过A/D转换器与FPGA连接，FPGA输出端与计算机连接。

4.根据权利要求1所述的海洋工程围堰应力实时监测装置，其特征在于，临面光纤光栅串末端的光纤连接线与铠装光缆熔接。

5.一种洋工程围堰应力实时监测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)安装过程中，将若干个裸光纤光栅传感器按照设定坐标位置放置在围堰结构钢板桩上，然后选用适宜长度的光纤连接线连接两相邻的裸光纤光栅传感器，最终形成临面光纤光栅串；

(2)临面光纤光栅串之间的光纤连接线卡入磁性光纤固定件上凹槽，磁性光纤固定件底面磁性吸引在围堰结构钢板桩表面；

(3)临面光纤光栅串末端的光纤连接线端部利用铠装光缆进行保护并从临面凹槽中引出；

(4)铠装光缆端头与光栅测试分析仪连接，光栅测试分析仪与计算机连接，开始调试，将围堰结构钢板桩下沉安装，确保临面光纤光栅串与临水面一致；

(5)围堰开挖前，记录临面光纤光栅串中各裸光纤光栅传感器的初始读数，并对围堰结构钢板桩整个施工过程中不同位置的裸光纤光栅传感器的读数变化进行记录，同时将裸光纤光栅传感器的监测数据与其在围堰结构钢板桩表面的坐标对应，得到围堰结构钢板桩某一个点的应力变化，利用下列公式即可求出围堰开挖过程中不同位置处钢板桩内力及位移大小

F_i＝EA(Δλ_i/λ_i0K_s) (1)

S_j＝L_j×tanθ_j (2)。