[发明专利]一种基于光纤光栅传感器的盾构滚刀受力在线监测装置

权利要求书

1.一种基于光纤光栅传感器的盾构滚刀受力在线监测装置，其特征在于：包括滚刀受力检测组件（1）、信号传输组件（2）和上位机（3），滚刀受力检测组件（1）和信号传输组件（2）分别安装在滚刀刀座上，且所述滚刀受力检测组件（1），包括滚刀刀轴支撑构件（1-1）、光纤光栅应变传感器（1-2）和光纤线缆（1-3），光纤光栅应变传感器（1-2）安装在滚刀刀轴支撑构件（1-1）的C型块内，并通过光纤线缆（1-3）将检测信号传输到信号传输组件（2）的信号处理模块（2-1）内，信号处理模块（2-1）处理后通过无线通讯模块（2-2）传输给上位机（3），上位机（3）对接收的数据进行处理。

2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器的盾构滚刀受力在线监测装置，其特征在于：所述滚刀刀轴支撑构件（1-1），包括C型块（1-1-1）和锁紧楔块（1-1-2），C型块（1-1-1）安装在滚刀刀座上，且C型块（1-1-1）包括受力面Ⅰ（1-1-1-1）、受力面Ⅱ（1-1-1-2）和检测面（1-1-1-3），受力面Ⅰ（1-1-1-1）和受力面Ⅱ（1-1-1-2）垂直设置并与滚刀刀轴轴端的端面接触，检测面（1-1-1-3）上设置传感凹槽Ⅰ（1-1-1-4）和传感凹槽Ⅱ（1-1-1-5），在传感凹槽Ⅰ（1-1-1-4）和传感凹槽Ⅱ（1-1-1-5）内分别安装有一个光纤光栅应变传感器（1-2），且两个光纤光栅应变传感器（1-2）之间通过光纤串联连接，在检测面（1-1-1-3）上设置有线槽（1-1-1-6），线槽（1-1-1-6）与传感凹槽Ⅱ（1-1-1-5）相通，传感凹槽Ⅱ（1-1-1-5）内的光纤光栅应变传感器（1-2）经设置在线槽（1-1-1-6）内的光纤线缆（1-3）与信号处理模块（2-1）连接；

锁紧楔块（1-1-2）安装在滚刀刀座上且锁紧楔块（1-1-2）的受力面与与滚刀刀轴轴端的斜端面接触并与受力面Ⅰ（1-1-1-1）和受力面Ⅱ（1-1-1-2）相配合将滚刀刀轴固定。

3.根据权利要求2所述的基于光纤光栅传感器的盾构滚刀受力在线监测装置，其特征在于：传感凹槽Ⅰ（1-1-1-4）和传感凹槽Ⅱ（1-1-1-5）上均设置有用于保护光纤光栅应变传感器的刚性耐磨板。

4.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器的盾构滚刀受力在线监测装置，其特征在于：所述信号传输组件（2），包括信号处理模块（2-1）、无线通讯模块（2-2）、信号接收模块（2-3）和供电电源（2-4），光纤光栅应变传感器（1-2）经光纤线缆（1-3）和信号接收模块（2-3）将检测信号传输给信号处理模块（2-1）内，信号处理模块（2-1）处理后经无线通讯模块（2-2）上传至上位机（3）内，上位机（3）将接收到信号进行处理并显示，供电电源（2-4）给信号处理模块（2-1）、无线通讯模块（2-2）、信号接收模块（2-3）供电。

5.一种基于光纤光栅传感器的盾构滚刀受力在线监测方法，其特征在于，步骤如下：

S1，搭建光纤光栅应变监测系统；

所述监测系统包括信号处理模块、无线通讯模块、信号接收模块、光纤光栅应变传感器、上位机；

S2，建立C型块应力载荷数学模型，并对C型块模型进行全域应力计算，寻找C型块外载荷应力集中区；

S3，在找到的C型块外载荷应力集中区布置所述光纤光栅应变监测系统；

S4，对所述C型块持续施加外载荷，光纤光栅监测系统通过信号接收模块采集光纤光栅应变传感器的中心波长偏移量数据，并在上位机内绘制外载荷大小与所述光纤光栅应变传感器的中心波长偏移量数据的关系曲线；

S5，将安装有光纤光栅应变传感器的C型块安装到滚刀刀座上，C型块与滚刀刀轴接触，光纤光栅应变传感器将检测到的信号传输到上位机内，上位机结合步骤S4得到的曲线对C型块受力过程中实时荷载进行监控。