[发明专利]一种基于光纤传感技术的房屋建筑安全监测系统

权利要求书

1.一种基于光纤传感技术的房屋建筑安全监测系统，其特征在于：该系统包括光纤光栅传感器模块和信号解调与数据分析模块；

其中光纤光栅传感器模块设置于房屋建筑框架上，用于监测房屋建筑框架的结构变化并输出光信号，包括：

多个光纤光栅静力水准仪，设置于房屋建筑框架底层的结构柱上，用于监测光纤光栅静力水准仪安装点的沉降量；其中一个光纤光栅静力水准仪作为基准点，其余作为观测点；所述光纤光栅静力水准仪包括外部壳体，外部壳体两侧设置有出纤孔和供液体流通的出水孔，外部壳体内部设置有与外部壳体连接的变形膜片、应变结构；外部壳体内部还设置有第一光纤，第一光纤设置有第一光纤光栅FBG，第一光纤光栅FBG固定于所述应变结构；

光纤光栅双向倾角传感器，设置于房屋建筑框架顶层的外侧结构柱上，用于监测房屋建筑框架的倾斜角度；所述光纤光栅双向倾角传感器包括基体和第二光纤，基体上下两端连接有质量块外环，所述第二光纤固定于质量块外环，第二光纤设置有第二至第五光纤光栅FBG；

多个光纤光栅位移传感器，设置于房屋建筑框架中已存在的结构性裂缝处，用于监测结构性裂缝宽度的拓展情况；所述光纤光栅位移传感器包括亲磁金属块、封装壳体、弹性磁耦合机构和柔性光纤光栅感应机构；所述亲磁金属块和封装壳体设置于所述结构性裂缝两侧，柔性光纤光栅感应机构固定于封装壳体内部，与所述弹性磁耦合机构连接，弹性磁耦合机构穿过封装壳体与亲磁金属块之间形成闭合磁回路；

光纤光栅传感器模块中的所有传感器均由光纤光缆串联，光纤光缆终端接入信号解调与数据分析模块；

信号解调与数据分析模块，用于接收光信号并进行信号处理，包括：

光纤光栅解调模块，根据光纤光栅传感器模块输出的光信号中的波峰信号位置顺序判断所属的信号类别，按照波分复用的方式对光信号进行解调，并将各类解调信号发送至数据处理模块；

数据处理模块，用于对解调信号进行温度自补偿和平滑处理，并将解调信号转化为房屋建筑框架的结构变化物理量；

4GDTU数据传输模块，将物理量数据通过无线传输到云服务端；

云服务端，用于接收物理量数据并根据预设阈值进行阈值报警分析和页面显示；

电源模块，用于向信号解调与数据分析模块中的其他模块提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的基于光纤传感技术的房屋建筑安全监测系统，其特征在于：所述应变结构为椭圆结构，所述第一光纤光栅FBG固定于椭圆结构的长轴方向；各光纤光栅静力水准仪的出水孔通过通液管连接，通液管连接有储水容器；

当房屋建筑框架发生不均匀沉降时，光纤光栅静力水准仪中的液面相对椭圆结构的高度发生变化，使椭圆结构受液体压力作用沿短轴方向产生负应变，第一光纤光栅FBG受压缩产生正应变，第一光纤光栅FBG的中心波长发生变化，通过各观测点相对于基准点的中心波长变化得到房屋建筑框架的不均匀沉降情况。

3.根据权利要求2所述的基于光纤传感技术的房屋建筑安全监测系统，其特征在于：所述外部壳体为316不锈钢材料，椭圆结构为TA2钛合金材料；由于316不锈钢材料的热膨胀系数大于TA2钛合金的热膨胀系数，在升温工况下椭圆结构的长轴方向距离增大，引起第一光纤光栅FBG的中心波长增大，而椭圆结构的短轴方向由于被测的房屋建筑框架发生变形而被压缩，于是通过调整椭圆结构尺寸参数实现光纤光栅静力水准仪中第一光纤光栅FBG的温度自补偿。

4.根据权利要求1所述的基于光纤传感技术的房屋建筑安全监测系统，其特征在于：所述质量块外环外侧设置有若干导纤槽，所述第二光纤固定于导纤槽内，所述第二至第五光纤光栅FBG设置于上下两侧的导纤槽之间；

当房屋建筑框架发生倾斜时，质量块外环的重力使基体发生形变，从而使第二至第五光纤光栅FBG发生形变，对应中心波长发生变化，通过对向光纤光栅FBG的中心波长差值得到房屋建筑框架的倾斜角度，同时温度变化引起的中心波长漂移作为共模信号被消除，从而实现光纤光栅双向倾角传感器的温度自补偿。

5.根据权利要求4所述的基于光纤传感技术的房屋建筑安全监测系统，其特征在于：所述基体为TA2钛合金材料，质量块外环为316不锈钢材料。