智能型缆索光纤光栅应变传感器 (一)技术领域
本发明涉及的是一种可适用于斜拉桥、悬索桥、拱桥等缆索承重结构的内置缆索光纤光栅应变传感器。
(二)背景技术
缆索体系是现代大跨度斜拉桥、悬索桥等桥梁结构的核心承重构件。大跨径桥梁结构的自重和桥上动载，绝大部分是通过缆索系统传递到塔柱上，缆索的工作状态是直接反映桥梁是否处于安全状态的重要标志之一。但由于构造设计、环境腐蚀、疲劳积累等原因，缆索在服役期间难免出现不同程度的损伤和劣化，评价桥梁拉索系统的受力状态，可为桥梁缆索的使用以及安全性提供决策依据。目前对缆索的索力普遍采用的是体外监的方式，若能将传感器有机地集成到缆索内部，使其从一个单纯承力的缆索上升为具有自动感知能力的智能缆索，同时也实现兼顾缆索的整体受力与局部丝受力监测的可能，将更有利于人们掌握缆索自身以及全桥的结构安全与运营状态，及时发现事故先兆、防止突发性事故发生。
光纤光栅是一种性能优良的敏感元件，可通过布拉格反射波长的移动来感应外界微小应变变化而实现对结构应力在线监测。它具有不怕恶劣环境、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、测量精度高等特点。
但是未经特殊处理的光纤光栅很脆弱，直接布置于缆索中，容易被破坏。将光纤光栅与缆索相结合，涉及到如何将光纤光栅以何种封装形式进行封装，提高光纤光栅传感器及光纤在缆索制造及应用过程中的存活率；如何保证光纤光栅能够稳定地工作在缆索的大应力状态下。
(三)发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能提高光纤光栅传感器及光纤在缆索制造及应用过程中的存活率、确保光纤光栅能够稳定地工作在缆索的大应力状态下的智能型缆索光纤光栅应变传感器。
本发明的目的是这样实现的：一种智能型缆索光纤光栅应变传感器，包括光纤光栅、第一钢管、第二钢管、保护钢管以及支座，所述保护钢管有一件，第一钢管、支座和第二钢管均有二件，二件第一钢管、二件支座和二件第二钢管左右对称布置于所述保护钢管的左右两边，其中第二钢管的直径＜第一钢管的直径＜保护钢管的直径，所述第二钢管中间轴向开槽，支座上部区域穿孔，第一钢管中间穿过所述支座上部区域穿孔连接在支座上，保护钢管的两端分别套装在所述二件第一钢管的一端，第一钢管的另一端套装在所述第二钢管的一端，光纤光栅穿过第二钢管、第一钢管和保护钢管，光栅栅区在保护钢管中心位置，光纤光栅两端用胶固定在所述二件第二钢管的槽内，第二钢管开槽处外套热缩套，所述光纤光栅两端尾纤由所述二件第二钢管的另一端引出。
本发明的有益效果是：
本发明通过该传感器与缆索内部钢丝的有效连接，能提高光纤光栅传感器及光纤在缆索制造及应用过程中的存活率，确保光纤光栅能够稳定地工作在缆索的大应力状态下，使光纤光栅经受住缆索的制作工序不被破坏。保证传感器能够长期稳定地工作在大应力状态下。使光纤光栅的波长变化能够如实地反映缆索内部的钢丝受力情况，进而有效地监测缆索的整体受力情况。
(四)附图说明
图1为本发明智能型缆索光纤光栅应变传感器结构示意图。
图2为本发明的第二钢管示意图。
图3为本发明的支座零件图。
图4为图3的A-A剖示图。
图5为本发明智能型缆索光纤光栅应变传感器与缆索的钢丝连接示意图。
图中附图标记：
光纤光栅1、第二钢管2、第一钢管3、支座4、热缩套5、保护钢管6、钢丝7。
(五)具体实施方式
参见图1，图1为本发明智能型缆索光纤光栅应变传感器结构示意图。由图1可以看出，本发明涉及的智能型缆索光纤光栅应变传感器，包括光纤光栅1、第二钢管2、第一钢管3、直径略粗的保护钢管6以及用于与缆索用钢丝连接的支座4，所述保护钢管6有一件，第一钢管3、支座4和第二钢管2均有二件，二件第一钢管3、二件支座4和二件第二钢管2左右对称布置于所述保护钢管6的左右两边，其中第二钢管2的直径＜第一钢管3的直径＜保护钢管6的直径，所述第二钢管2中间轴向开槽，如图2。将支座4上部区域穿孔，如图3和图4，将一定标距的第一钢管3中间穿过所述支座4上部区域穿孔连接在支座4上，所述第一钢管3中间径向切开分成两件，切割的目的是将力直接传递到光纤光栅上，即直接拉光纤光栅，避免了第一钢管3直接承受大应变。将直径略大、长度合适地保护钢管6的两端分别套装在所述二件第一钢管3的一端，第一钢管3的另一端套装在所述第二钢管2的一端，将光纤光栅1穿过第一钢管3、第二钢管2和保护钢管6，光栅栅区在保护钢管6中心位置，将光纤光栅1两端用胶固定在所述二件第二钢管2的槽内，第二钢管2外套热缩套5保护开槽部位，所述光纤光栅1两端尾纤由所述二件第二钢管2的另一端引出。
通过光纤光栅应变传感器的支座设计与缆索内连接筒部位的钢丝7进行有效的连接，如图5所示，缆索内钢丝的受力将有效地传递到光纤光栅上，通过实时监测光纤光栅中心波长的变化从而监测钢丝的受力情况。通过缆索内钢丝上合适的光纤光栅传感器布置，可实现同时兼顾缆索的整体受力与局部丝受力监测。