[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

说明书

本发明公开了一种基于光纤传感技术的房屋建筑安全监测系统，系统包括设置于房屋建筑框架的光纤光栅传感器模块以及用于进行光信号处理的信号解调与数据分析模块，其中光纤光栅传感器模块包括多个光纤光栅静力水准仪、光纤光栅双向倾角传感器以及多个光纤光栅位移传感器，分别用于检测房屋建筑结构的不均匀沉降、倾斜角度以及结构性裂缝的拓展情况；信号解调与数据分析模块包括用于解调光纤光栅传感器模块输出光信号的光纤光栅解调模块、用于对解调信号进行温度自补偿和平滑处理的数据处理模块、进行无线数据传输的4GDTU数据传输模块以及云服务端和电源模块。本发明可实现对房屋建筑结构数据的实时检测，并针对异常数据进行预警。

技术领域

本发明涉及房屋建筑安全监测技术领域，具体涉及一种基于光纤传感技术的房屋建筑安全监测系统。

背景技术

房屋建筑对于人民安居乐业与社会发展具有重大的基础意义，但其结构安全问题十分严峻，随着已建成建筑物不断老化，其承载能力达不到设计之初的水准，当外界荷载激励达到正常使用极限状态时即有可能对结构造成损失累积，房屋结构面临变形超限等风险。另外我国正处于城市化建设过程中，周边基坑开挖可能导致建筑地基土体受力状态发生变化，进而影响原有房屋结构的使用安全。若不为房屋结构设置安全监测系统，在变形严重超限或偶然地震情况下，可能造成重大的人员伤亡与经济损失。因此有必要对房屋建筑的关键物理参量进行实时监测，并以此判断其安全状态，为运维维护人员提供检修依据。

对于最为普遍的钢筋混凝土框架结构而言，其关键部位较小的变形即会对整体受力状态产生较大的影响，因此房屋结构监测对传感器的灵敏度与稳定性提出了较高的要求。目前在结构安全监测技术领域中，针对于房屋建筑多采用水准仪、全站仪以及高速摄像系统等离散性手段对沉降、倾角与裂缝拓展等物理参量进行测量，传统监测手段具有安装困难、长期稳定较差以及无法实现实时监测等缺陷。以电磁类传感器为基础的结构安全监测系统中，其本身易受建筑内部设备的电磁干扰，且由于无法实现分布式串联导致采用多点测量时组网困难，易发生温漂导致其测量精度较低。

光纤光栅是一种以波长调制技术为基础的传感器件，通过检测反射光信号的波长偏移量实现对外界物理量的测量，具有抗电磁干扰、多参量测量、灵敏度高且可实现实时监测等优点，可满足建筑、桥梁、隧道与大坝等工程结构的监测需求。直接采用光纤传感技术对房屋建筑进行监测则避免不了光纤光缆布线以实现光信号的传输，若在成片小区的各栋房屋之间采用光纤光缆连接，该方式的整体美观性较差；若对每栋房屋布设一套解调设备、工控机与交换机等，其成本过高难以大范围推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光纤传感技术的房屋建筑安全监测系统，以实现对建筑结构的不均匀沉、整体倾斜与结构性裂缝拓展的实时监测。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种技术方案：一种基于光纤传感技术的房屋建筑安全监测系统，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；