[发明专利]基于分布式光纤的桥梁动挠度监测方法

说明书

本发明涉及光纤传感与桥梁监测领域的一种基于分布式光纤的桥梁动挠度监测方法，由外置式光纤传感器、传输光缆、光纤解调仪、监控主机、窄带宽激光光源组成。本发明为解决现有桥梁动挠度监测方法中测量周期长、时效性差、经济效应低、测量速度慢等问题。提供了一种基于分布式光纤的桥梁动挠度监测方法。主要是在桥梁的主梁底部粘结固定外置式光纤传感器，并将外置式光纤传感器用传输光缆与光纤解调仪相连，再将光纤解调仪与监控主机相连。采用干涉型光时域反射技术实时、自动测量桥梁的动挠度。主要适用于中小跨径的梁桥。

技术领域

本发明涉及光纤传感与桥梁监测领域，特别涉及一种基于分布式光纤的桥梁动挠度监测方法。

背景技术

桥梁是现代地面交通中的重要组成部分，其在使用过程中由于外部因素的作用，会发生横向、纵向、竖向的变形(挠度)。如果这些变形过大不仅会使桥梁的各个部位发生不同程度的损伤，减小桥梁的使用寿命，而且会影响车辆和行人的通行。所以必须对桥梁的变形进行实时监测，这就对该领域内的监测技术提出了更高的要求。

传统的变形监测方法有精密量距、导线测量、水准测量、千分表等人工测量方法。以上这些方法需要大量的人力、物力且存在监测盲点，这对现代公路、铁路桥梁来说程序复杂、工作量大、难于量化、整体性差；对于大型桥梁需要搭设观测平台、实施交通控制等，严重影响正常的交通运行；且测量周期长、时效性差，不能进行实时监测。

光纤传感技术于20世纪70年代初兴起，由于其具有体积小、柔性可弯曲、本征安全、抗电磁干扰、结构简单、测量精度高等优点被广泛应用到土木工程、航天航空、电力系统、医疗等领域。分布式光纤传感技术起源于20世纪70年代末期，其是通过将激光脉冲注入光纤，并对其背向散射信号进行探测，实现对外界环境的实时、精确、分布式监测。但现有的光纤光栅传感技术、布里渊光纤传感技术存在经济效应低、监测速度慢等问题，难以实现桥梁的动挠度监测。

干涉型光时域反射技术是分布式光纤传感技术中的一种，其是通过将一束激光脉冲注入光纤，并对其后向瑞利散射光进行探测，从而解调出相位、强度的变化，实现对外界变化的监测。光时域反射技术除了具有分布式光纤传感的优点外，还具有测量速度快、灵敏度高、测量距离长、耐恶劣环境、免维护的特点。目前光时域反射技术以广泛应用于周界安防监测、微弱振动测量、温度等领域，但在桥梁动挠度监测方面还没有被应用。

发明内容

本发明为了解决现有桥梁动挠度监测方法存在的不足，提供一种基于分布式光纤的桥梁动挠度监测方法，自动、实时、快速、准确、有效的监测运营期间桥梁的动挠度，确保桥梁的正常运行。

本发明采用的技术方案是：基于分布式光纤的桥梁动挠度监测方法，主要由外置式光纤传感器、传输光缆、光纤解调仪、监控主机、窄带宽激光光源组成，其特征在于：其监测步骤为：a、在桥梁的主梁底部粘结固定外置式光纤传感器，并将外置式光纤传感器用传输光缆(9)与光纤解调仪相连，再将光纤解调仪与监控主机相连。

b、采用干涉型光时域反射技术解调出由桥梁挠度引起的光纤中的后向散射光强度变化量，由监控主机中桥梁挠度监测软件计算出桥梁挠度，并输出桥梁的挠度变化曲线。

监控主机中所用的挠度监测软件的工作原理是：根据解调出的桥梁变形前与变形后光纤中各个位置后向瑞利散射光强度的改变量ΔI_i(x)，利用以下公式计算出桥梁各个位置的挠度，并显示桥梁的挠度变化曲线：

式中，ΔI₁(x)、ΔI₂(x)为桥梁变形前与变形后光纤中各个位置后向散射光强度的改变量，h为光纤到主梁轴线的垂直距离，C_Iε为散射光强度应变系数。

外置式光纤传感器制作工艺为：

a1、在裸光纤外包裹一层1mm厚的聚乙烯外包层构成传感光纤；