[发明专利]光纤光栅智能钢绞线及其监控系统和标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁或者建筑监测领域，具体涉及一种光纤光栅智能钢绞线及其监控系统和标定方法。

背景技术

在桥梁和铁路基础构件中，广泛使用钢绞线作为混凝土构件的载体。每根钢绞线是由多根钢丝缠绕构成，在使用过程中，每根钢绞线都处于拉伸状态。传统的测试监测手段，存在精度低、可操作性差、受干扰影响大、稳定性差、不能实现在线实时监测等缺点，应用它们对预应力钢绞线进行监测。无法监测每根钢绞线在使用过程中的拉应力的变化，当其中一根钢绞线由于安装误差或者出现突发大应力状态，使得其工作拉应力超过其屈服应力时，钢绞线会处于屈服拉伸状态，当变形值超过极限，此根钢绞线最大承载应力急剧变小，出现断裂。由于其中一根钢绞线失去工作能力而使得其它钢绞线工作应力增大，极大增加了整体钢绞线断裂的风险，危害整个桥梁、路基等建筑的安全。

近期发展起来的光纤光栅传感器，是一种性能优良的敏感元件，它可通过布拉格反射波长的移动来感应外界微小应力变化而实现对结构应变在线测量。它不仅具有不怕恶劣环境、不受环境噪声干扰、抗电磁干扰、集传感与传输于一体、构造简单、使用方便等优点，而且还具有可对结构的应变进行高精度绝对测量、准分布式数字测量的优点。

现虽然出现的智能钢绞线，但智能钢绞线的中心丝采用新型的纤维复合材料，其在使用过程中出现运输困难：新型的纤维复合材料和光纤均属易碎材料，在运输的颠簸过程中，极易断裂。且因为新型的纤维复合材料的自身特性，其弹性系数远低于钢绞线的外丝，在张拉和放张后，中心丝和外丝会出现不同程度的相对位移，导致无法标定，则无重复精度；又因为中心丝与外丝的材料不同，其热胀冷缩系数也不同，其温度补偿也难以实现。

且目前智能钢绞线的标定过程一般在施工现场进行认定行标定，由于智能钢绞线的标定过程对安装位置要求严格，施工现场达不到安装位置要求和光纤光栅传感器容易损坏的特点，使标定过程不够准确和智能钢绞线容易损坏，有必要使用特制装置在室内进行智能钢绞线的标定。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种光纤光栅智能钢绞线及其监控系统和标定方法，本发明的光纤光栅智能钢绞线将光纤光栅传感器植入传统钢绞线的中心钢丝中，通过监测光纤光栅变化来实现预应力钢绞线受力状态的实时监测，提前发现钢绞线隐患，极大提高安全性，且不易损坏。本发明的智能钢绞线可以避免风险，实时监测每根钢绞线受力状态，可以用于智慧桥梁工程中。本发明以一根代表一束钢绞线，以多束代表一个面，以此来监测桥梁的受力情况。

本发明的目的是这样实现的：一种光纤光栅智能钢绞线，由中心钢丝和围绕中心钢丝缠绕的周边钢丝扭绞成型，所述中心钢丝的外周壁设有沿中心钢丝轴向延伸的凹槽，该凹槽内固定封装有光纤，所述光纤从中心钢丝端部引出，所述光纤上设有光纤光栅传感器。

优选地，所述光纤通过专用封胶固定封装在中心钢丝的凹槽内，当然，也可以采用其他方法进行固封。

所述凹槽的两端轴向贯穿中心钢丝。

所述光纤上设有至少两个光纤光栅传感器。所述智能钢绞线的受力段设有第一光纤光栅传感器，第一光纤光栅传感器用于检测力值变化，所述智能钢绞线的非受力段设有第二光纤光栅传感器。根据环境温度的变化导致传感器波长的变化，非受力端的传感器就是用来测试因环境温度变化导致的波长变化。所述第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器的引出线与光纤光栅解调仪连接。两组传感器是同一光纤引出的。所述光纤光栅解调仪用于将采集的第一光纤光栅传感器的光波波长数据以及第二光纤光栅传感器的光波波长数据传递给计算机，所述计算机用于接收第二光纤光栅传感器的光波波长数据，确定波长的补偿量；所述计算机用于接收第一光纤光栅传感器的光波波长数据，并根据波长的补偿量对第一光纤光栅传感器的光波波长数据进行温度补偿，将补偿后的光波波长数据λ带入标定得到的力值与波长的线性关系式F=kλ+A，计算得到钢绞线实际所受的力值。若钢绞线补偿后的光波波长数据λ发生变化，则其受力F也发生变化，通过公式可算出变化后的力值大小，再与工程设计时的理论力值比较，来实现预应力钢绞线受力状态的实时监测，提前发现钢绞线隐患。

所述光纤光栅解调仪将数据传递给计算机，计算机通过网络与终端设备连接，通过终端设备实现钢绞线受力状态的实时监控。