一种光纤拉索预应力监测方法及其传感器

摘要

本发明提供了一种光纤拉索预应力监测方法及其传感器。该预应力监测方法以缠绕在预应力被测件外表面的单模光导纤维作为传感单元，实现对预应力的长期、稳定监测。光纤桥梁拉索预应力监测传感方法的传感结构包括：预应力监测模块、温度补偿模块、信号传输段光缆及保护钢套。本发明用预应力被测件针对预应力锚具受压件受力进行监测，进而得到拉索预应力。通过缠绕在另一个与预应力被测件同等规格、不受力且与预应力被测件处于同一温度环境的温度补偿被测件上的光纤线圈来修正环境温度对预应力监测结果的影响，使应变监测更加精确的同时，实现对索体内部温度的测量。本方法适用于桥梁拉索预应力的长期监测，具有精确度高、寿命长、成本低等特点。

主权项

一种光纤拉索预应力监测方法，其特征在于，在预应力被测件的环向外表面中部缠绕光纤监测组件，构成预应力监测传感器；光纤监测组件为接有光纤接头的光纤线圈，光纤接头位于光纤监测组件的两端，通过光纤法兰将光纤接头固定于预应力被测件上；预应力监测传感器工作时，拉索或螺杆穿过传感器内部并进行锚固，当拉索或螺杆受拉时，预应力监测传感器受压，拉索或螺杆所受的拉力与传感器所受的压力相等；预应力被测件受压会产生环向膨胀应变，引起光纤监测组件中光纤线圈长度的变化，光纤线圈总长度已知，光纤线圈长度变化值与光纤线圈总长度的比值即为光纤线圈的应变，光纤线圈的应变与预应力被测件的环向应变相等；通过以下公式算得预应力被测件总体压力：$F=\frac{E\pi (d_1^2-d_2^2)({ϵ}_F-{ϵ}_T)}{4v}$式中：F为被测件总体压力；ε_F为预应力监测传感器测得应变；ε_T为温度补偿传感器测得应变，温度不变时为零；ν为被测件所用材料的泊松比；E为被测件所用材料的弹性模量；d₁为被测件外表面直径；d₂为被测件内表面直径；当温度不变时，预应力被测件总体压力由拉索施加给位于锚固端的预应力被测件的，即为拉索预应力；当温度变化时，预应力被测件环向膨胀应变包含拉索预应力使预应力被测件产生的膨胀应变和温度变化使预应力被测件产生的膨胀应变；当温度升高时，预应力被测件膨胀产生的应变取正值，反之为负值；在同一温度环境条件下，对同一预应力被测件监测温度变化使预应力被测件产生的膨胀应变，将处于同一温度环境的元件称为温度补偿被测件；对温度补偿被测件进行监测时，在温度补偿被测件环向外表面中部缠绕光纤监测组件，构成温度补偿传感器；温度变化时，预应力被测件和温度补偿被测件会产生相同的环向应变变化；对预应力监测传感器和温度补偿传感器进行同时监测，预应力监测传感器所得膨胀应变减去温度补偿传感器监测所得的应变，即为拉索预应力使预应力被测件产生的膨胀应变；通过上述所给公式即算得预应力被测件总体压力；该总体压力中已消除温度变化的影响，只是由拉索施加给位于锚固端的预应力被测件的压力，即为拉索预应力，该拉索预应力传感器包括预应力监测传感器和温度补偿传感器；预应力监测传感器包括预应力被测件、光纤监测组件及钢保护套；温度补偿传感器包括温度补偿被测件、光纤监测组件及钢保护套；预应力被测件环向外表面中部缠绕有光纤监测组件，预应力被测件通过钢保护套保护；光纤监测组件为接有光纤接头的光纤线圈，光纤接头位于光纤监测组件的两端，通过光纤法兰将光纤接头固定于预应力被测件；预应力被测件监测时的温度补偿传感器与预应力监测传感器除作用不同外，其余完全相同；所述的预应力被测件为锚板、螺母或压力环。