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申请号:CN202210414532.4
申请日:2022-04-20
代理机构:北京中仟知识产权代理事务所(普通合伙) 11825
代理人:刘洋
公开号(公开):CN114941995A
公开日期(公开):2022-08-26
申请人(公开):中国矿业大学; 徐州中煤百甲重钢科技股份有限公司
发明人(公开):张建文; 郭晨曦; 牛尚州; 李峰
IPC分类(公开):G01B11/16
CPC发明(公开):G01B11/16;G01B21/045
发明名称(公开):基于分布式光纤应变测试的梁式桥钢结构变形监测系统
摘要(公开):本发明提供了一种基于分布式光纤应变测试的梁式桥钢结构变形监测系统。包括依次相连的传感器模块、动静应变测试转换控制模块,温度解调仪、监控预警及安全评估模块。传感器模块由分布式光纤应变传感器、温度传感器所组成,合理地布设到桥梁钢结构中,由连接的分布式光纤温度传感器测试的温度信息进行温度补偿,再通过相应的数据处理,将其传输到信息分析和监控预警模块,得到安全监测报告并显示在管理平台上。本发明通过设置分布式光纤应变温度解调仪的数据采集条件,分别实现分布式高精度静应变和分布式低精度动应变测试,并基于动应变的信息分析对桥梁钢结构的突发塌陷和长期缓慢沉降变形进行同时监测,有效提高桥梁突发塌陷预警时间。
权利要求
权利要求
1.一种基于分布式光纤应变测试的梁式桥钢结构变形监测系统,其特征在于,包括有:传感器模块、动静应变测试转换控制模块,温度解调仪、变形监测预警及安全评估模块;
所述的传感器模块由分布式光纤应变传感器和分布式光纤温度传感器组成,分布在梁式桥钢结构中,所述的分布式光纤应变传感器在梁式桥钢结构中分层布设,分布式光纤温度传感器与分布式光纤应变传感器平行同槽布设且首尾相连形成一条分布式信号传输线路并接入分布式光纤应变温度解调仪中,通过分布式光纤温度传感器测试到的温度信号对同位置的分布式光纤应变传感器进行温度补偿;
所述的分布式光纤动静应变测试控制模块向分布式光纤应变温度采集模块发出采集动、静应变的指令,采集的动、静应变信息传输至监控预警及安全评估模块,当分布式光纤动静应变测试转换控制模块发出动态应变采集指令时,分布式光纤应变温度解调仪的数据采集参数设置为高速低精度采集条件,当分布式光纤动静应变测试转换模块发出静态动静应变采集指令时,分布式光纤应变温度解调仪的数据采集指数设置为高精度静态采集条件;
所述的变形监测预警及安全评估模块接收并分析动、静应变信号,对动应变突变信号进行桥梁钢结构突发塌陷预警;对静态应变信号进行钢结构变形量计算,评估梁式桥钢结构安全状态。
2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤应变测试的梁式桥钢结构变形监测系统,其特征在于,所述的分布式光纤动静应变测试转换控制模块在以下两种情况下发出静态应变采集控制指令:一是在变形监测预警及安全评估模块发出突发塌陷预警信息的同时发出静态应变采集控制指令,基于高精度静态应变信息对桥梁塌陷尺度计算分析,二是由于天气原因或桥梁因处于维修状态而停止通行的时间段发出钢结构静态应变采集控制指令。
3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤应变测试的梁式桥钢结构变形监测系统,其特征在于,应变传感器采用的是分布式光纤应变传感器,选取能反应结构应变情况的传感器安装点,计算光纤应变传感器安装点的方法如下:
记每两个交点中间的钢结构为一个单元,共计m个单元;
记上层中点为a0,从左侧到左端点依次为a1,……,an;记下层中点为b0,从左侧到左端点依次为b1,……,bn;上下两点之间的距离记为c0,从左侧到左端点依次为c1,……,cn,长度分别为y0,……,yn;
a0与a1之间记为a01作为第一段,直线距离记为x1;a1与a2之间记为a12作为第二段,直线距离记为x2,以此类推;b0与b1之间记为b01作为第一段,直线距离记为x′1;b1与b2之间记为b12作为第二段,直线距离记为x′2,以此类推;
上层距离a01与水平面夹角记为θ1,a12与水平面夹角记为θ2,以此类推;下层距离b01与水平面夹角记为θ′1,b12与水平面夹角记为θ′2,以此类推;从结构上看,θi=θ′i;
下层中点b0距离地面高度记为h0,b1距离地面高度记为h1,以此类推;上层中点a0距离地面高度为h0+y0 cosθ0,a1距离地面高度记为h1+y1 cosθ1,以此类推;
下层第i段上传感器安装点距离桥梁结构左侧端点距离记为li,li应满足公式:

上层第i段上传感器安装点距离桥梁结构左侧端点距离记为l′i,l′i应满足公式:

该结构左右两侧对称,因此左右两侧的传感器按照对称布置。
4.根据权利要求1所述的基于分布式光纤应变测试的梁式桥钢结构变形监测系统,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:根据梁式桥的钢结构特点及所处地理位置,考虑对称性及监测的经济性和有效性,选取分布式光纤应变传感器的安装点;
步骤2:各分布式光纤温度传感器与分布式光纤应变传感器平行,同槽布置且首尾相连形成一条分布式信号传输线路并接入分布式光纤应变温度解调仪中;
步骤3:所述的分布式光纤动静应变测试模块向分布式光纤应变温度采集模块发出动、静应变的指令,采集到的动、静应变信息传输至钢结构变形监测预警及安全评估模块中;
步骤4:远端控制室将采集到的数据存储在数据存储平台,并对现场数据进行分析处理,形成安全监测报告,进而对结果作进一步处理。
5.根据权利要求1所述的基于分布式光纤应变测试的梁式桥钢结构变形监测系统,其特征在于,能够根据光纤应变传感器检测到的应变数据分别与动、静应变公式计算结果进行比较,判断钢结构是否处于正常应变状态,
动应变计算公式为:

静应变计算公式为:

式中,钢管外径D2(mm),钢管内径D1(mm),壁厚t(mm),钢管长度l(mm),两个中间交点间距d(mm),钢管总根数n,第i个单元上安装传感器测量点与交叉点的距离xi(mm)。
6.根据权利要求5所述的基于分布式光纤应变测试的梁式桥钢结构变形监测系统,其特征在于,当所有传感器检测到的数据ε<εmax都成立时,钢结构处于正常应变状态,当有任何一个传感器检测到的ε>εmax时,钢结构处于不正常应变状态,能够把检测结果返回监控预警及安全评估系统,在任何一个传感器检测到异常状态时发出报警信号,并根据实际需要每隔一定的周期根据反馈的数据对梁式桥钢结构进行安全状态评估。
说明书
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