船閘結(jié)構(gòu)應(yīng)變和應(yīng)力分布式光纖監(jiān)測(cè)裝置制造方法及圖紙

本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)提出船閘結(jié)構(gòu)應(yīng)變和應(yīng)力分布式光纖監(jiān)測(cè)裝置，包括分布式傳感光纜、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)處理與分析模塊；分布式傳感光纜以與主筋綁扎的方式敷設(shè)于船閘的閘首底板、輸水廊道、閘室底板、閘室墻鋼筋混凝土表層的頂、底或內(nèi)、外表面構(gòu)成U字形回路；分布式傳感光纜以與主鋼筋綁扎的方式敷設(shè)于船閘的閘首底板、輸水廊道、閘室底板、閘室墻鋼筋混凝土表層混凝土澆筑完成之后，傳感光纜距離混凝土表面5-10cm；傳感光纜將隨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生同步變形，光纖傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變；在閘首頂部建立數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)，將所敷設(shè)的傳感光纜線路通過(guò)光纜連接數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)。（*該技術(shù)在2023年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專(zhuān)利摘要】本技術(shù)提出船閘結(jié)構(gòu)應(yīng)變和應(yīng)力分布式光纖監(jiān)測(cè)裝置，包括分布式傳感光纜、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)處理與分析模塊；分布式傳感光纜以與主筋綁扎的方式敷設(shè)于船閘的閘首底板、輸水廊道、閘室底板、閘室墻鋼筋混凝土表層的頂、底或內(nèi)、外表面構(gòu)成U字形回路；分布式傳感光纜以與主鋼筋綁扎的方式敷設(shè)于船閘的閘首底板、輸水廊道、閘室底板、閘室墻鋼筋混凝土表層混凝土澆筑完成之后，傳感光纜距離混凝土表面5-10cm；傳感光纜將隨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生同步變形，光纖傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變；在閘首頂部建立數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)，將所敷設(shè)的傳感光纜線路通過(guò)光纜連接數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)。【專(zhuān)利說(shuō)明】船閘結(jié)構(gòu)應(yīng)變和應(yīng)力分布式光纖監(jiān)測(cè)裝置
本技術(shù)屬于水運(yùn)工程監(jiān)測(cè)
，尤其涉及一種基于分布式光纖傳感技術(shù)的船閘主體結(jié)構(gòu)應(yīng)變、應(yīng)力的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
我國(guó)水運(yùn)工程基礎(chǔ)設(shè)施正處于大規(guī)模建設(shè)時(shí)期，大型混凝土結(jié)構(gòu)在船閘等水運(yùn)工程中也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。由于船閘等水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度較大，因此為了保證構(gòu)筑物安全，需要在施工以及運(yùn)行期間對(duì)重點(diǎn)部位的應(yīng)變、應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)監(jiān)測(cè)，可以準(zhǔn)確獲知其施工質(zhì)量控制參數(shù)，了解結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的受力特征，對(duì)優(yōu)化船閘工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)具有重要意義。 目前，在水運(yùn)工程監(jiān)測(cè)
，特別是與船閘工程施工期監(jiān)測(cè)相關(guān)的技術(shù)方法主要有沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)、土體測(cè)斜技術(shù)、地表沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)等，儀器設(shè)備多采用沉降儀、測(cè)斜儀、全站儀、水準(zhǔn)儀等。這些技術(shù)方法均具有點(diǎn)式測(cè)量特點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)稀疏，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的全方位監(jiān)控，又因?yàn)閭鞲衅鞫酁殡娮枋健鹤枋健㈦娙菔剑赘g，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。常規(guī)的監(jiān)測(cè)技術(shù)多數(shù)仍不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且傳感原理多種多樣，數(shù)據(jù)種類(lèi)多，難以集成大規(guī)模實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。因此，有必要研究開(kāi)發(fā)適用于新型船閘混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法和技術(shù)，以滿足日益增長(zhǎng)的船閘工程施工期和運(yùn)營(yíng)期安全監(jiān)測(cè)的要求以及相關(guān)理論研究的需要。 基于布里淵光時(shí)域分析(BrillouinOptical Time-domain Analysis,縮寫(xiě):B0TDA)和拉曼散射光時(shí)域反射(Raman Optical Time-domain Refectometry,縮寫(xiě):R0TDR)的分布式傳感技術(shù)是近年來(lái)國(guó)際上在光電信息領(lǐng)域興起的尖端光纖傳感技術(shù)，除了具有一般光纖傳感技術(shù)耐腐蝕、抗電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)，還具有分布式(超高密度連續(xù)測(cè)點(diǎn))、實(shí)時(shí)在線測(cè)量、可直接測(cè)量光纖上任意點(diǎn)的應(yīng)變和溫度信息等優(yōu)點(diǎn)；根據(jù)鋼筋混凝土變形的特點(diǎn)，還可以計(jì)算得到應(yīng)力、位移等多項(xiàng)物理指標(biāo)。BOTDA和ROTDR分布式光纖傳感技術(shù)已用于通訊、土木、能源、交通等領(lǐng)域，在樁基、隧道結(jié)構(gòu)、邊坡、基坑等監(jiān)測(cè)方面也有大量工程應(yīng)用。但由于船閘工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工節(jié)點(diǎn)繁多，且分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，因此BOTDA技術(shù)還未在船閘工程中得到有效應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)目的是，提出一種基于分布式光纖傳感的，能長(zhǎng)期、精確、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)船閘主體結(jié)構(gòu)在施工期和運(yùn)營(yíng)期的應(yīng)變、應(yīng)力狀態(tài)的方法及系統(tǒng)。 本技術(shù)技術(shù)方案是:基于分布式光纖傳感技術(shù)的船閘結(jié)構(gòu)應(yīng)變和溫度監(jiān)測(cè)裝置，其特征是包括分布式傳感光纜、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)處理與分析模塊；分布式傳感光纜以與主筋綁扎的方式敷設(shè)于船閘的閘首底板、輸水廊道、閘室底板、閘室墻鋼筋混凝土表層的頂、底或內(nèi)、外表面構(gòu)成U字形回路；分布式傳感光纜以與主鋼筋綁扎的方式敷設(shè)于船閘的閘首底板、輸水廊道、閘室底板、閘室墻鋼筋混凝土表層混凝土澆筑完成之后，傳感光纜距離混凝土表面5-lOcm ;傳感光纜將隨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生同步變形，光纖傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變；在閘首頂部建立數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)，將所敷設(shè)的傳感光纜線路通過(guò)光纜連接數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)。 分布式傳感線路由緊套單模傳感光纜和松套多模傳感光纜組成，兩根光纜并排沿主筋布置。緊套單模傳感光纜用于應(yīng)變測(cè)量，松套多模傳感光纜用于溫度測(cè)量。 數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括布里淵光時(shí)域分析儀(BOTDA)和拉曼光時(shí)域反射儀(ROTDR)。BOTDA主要用于光纖應(yīng)變分布的測(cè)量，ROTDR則用于光纖溫度分布的測(cè)量。其中BOTDA信號(hào)解調(diào)儀空間分辨率為0.05m、測(cè)量精度為20 μ ε、測(cè)量長(zhǎng)度可達(dá)80km ；ROTDR系統(tǒng)信號(hào)解調(diào)儀測(cè)量溫度范圍為-40-120°C、分辨率為±0.1°C、測(cè)量精度±0.5°C、空間分辨率lm、測(cè)量長(zhǎng)度6km。分布式光纜信號(hào)解調(diào)儀的高空間分辨率和高精度有助于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)育的超前監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)。 數(shù)據(jù)處理與分析模塊可以提取光纖應(yīng)變數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)變和溫度進(jìn)行位置校準(zhǔn)、降噪，可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)變數(shù)據(jù)的溫度補(bǔ)償，結(jié)構(gòu)應(yīng)變、應(yīng)力的計(jì)算，具有對(duì)原始數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果的存貯、顯示，輸出為指定格式的功能。 本技術(shù)具有以下有益效果: 1、本技術(shù)的監(jiān)測(cè)裝置，能夠系統(tǒng)、長(zhǎng)期、高精度、全分布式的監(jiān)測(cè)船閘主體結(jié)構(gòu)如閘首底板、輸水廊道、閘室底板、導(dǎo)航及閘室墻等混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、溫度分布，通過(guò)進(jìn)一步分析，可以得到結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，全面的掌控船閘結(jié)構(gòu)重點(diǎn)部位在施工期和運(yùn)營(yíng)期的受力特征； 2、本技術(shù)所涉及到的監(jiān)測(cè)裝置安裝施工工藝簡(jiǎn)單，對(duì)主體工程施工幾乎無(wú)干擾，且分布式傳感器具有抗腐蝕、抗電磁干擾、信息量大等優(yōu)點(diǎn)、可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；克服現(xiàn)有方法只是部件的監(jiān)控，本技術(shù)是全面全期監(jiān)控，對(duì)應(yīng)力應(yīng)變的發(fā)展尤其清楚了然，更有利于對(duì)結(jié)構(gòu)的整體和安全、壽命上更全面科學(xué)的評(píng)估。 3、本技術(shù)的監(jiān)測(cè)方法不僅能夠?qū)Y(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還可以將傳感光纜按一定密度格網(wǎng)進(jìn)行布置，監(jiān)測(cè)相應(yīng)區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和應(yīng)力狀態(tài)； 4、本技術(shù)所涉及的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可通過(guò)解調(diào)儀設(shè)置，進(jìn)行無(wú)人值守自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集，同時(shí)，亦可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制解調(diào)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。 【專(zhuān)利附圖】【附圖說(shuō)明】 圖1是船閘閘首底板光纖線路敷設(shè)示意圖； 圖2是船閘閘首輸水廊道光纖線路敷設(shè)示意圖； 圖3是船閘閘室底板光纖線路敷設(shè)示意圖； 圖4是船閘閘室閘室墻光纖線路敷設(shè)示意圖； 圖5是船閘結(jié)構(gòu)變形分布式光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖。 【具體實(shí)施方式】 下面結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明: 如圖1-5所示，本技術(shù)所涉及的應(yīng)用分布式光纖傳感技術(shù)對(duì)船閘工程主體結(jié)構(gòu)，包括閘首底板1、輸水廊道3、閘室底板和閘室墻的監(jiān)測(cè)裝置由應(yīng)變和溫度傳感光纜2及光信號(hào)解調(diào)儀組成，其中傳感光纜的安裝步驟為: (I)布設(shè)標(biāo)示:在混凝土澆筑前，鋼筋網(wǎng)完成鋪設(shè)后，根據(jù)監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)要求，在鋼筋網(wǎng)上標(biāo)示傳感光纜的布設(shè)線路。標(biāo)示過(guò)程中需要測(cè)量各段傳感光纜的鋪設(shè)長(zhǎng)度并做好相應(yīng)記錄，拐角位置需要考慮傳感光纜的最小曲率要求。 (2)傳感器布放:沿著標(biāo)示布放傳感光纜，用膠布或扎帶臨時(shí)固定。放纜時(shí)注意傳感光纜應(yīng)保持在松弛狀態(tài)，集各條光纜線路9沿結(jié)構(gòu)鋼筋敷設(shè)至閘首頂部，并預(yù)留2-5m自由長(zhǎng)度用于線路集成及熔接跳線。 (3)澆筑前固定:在混凝土澆筑作業(yè)即將開(kāi)始前對(duì)傳感光纜進(jìn)行固定。固定方式為采用高強(qiáng)度PVC膠布逐點(diǎn)將光纜固定在鋼筋網(wǎng)上。固定點(diǎn)的疏密程度取決于能否控制傳感光纜的形態(tài)，固定過(guò)程中務(wù)必使傳感光纜沿標(biāo)示線直線布放。 (4)拐角控制及緩沖保護(hù):對(duì)于拐角位置，應(yīng)滿足傳感光纜的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
船閘結(jié)構(gòu)應(yīng)變和應(yīng)力分布式光纖監(jiān)測(cè)裝置，其特征是包括分布式傳感光纜、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)處理與分析模塊；分布式傳感光纜以與主筋綁扎的方式敷設(shè)于船閘的閘首底板、輸水廊道、閘室底板、閘室墻鋼筋混凝土表層的頂、底或內(nèi)、外表面構(gòu)成U字形回路；分布式傳感光纜以與主鋼筋綁扎的方式敷設(shè)于船閘的閘首底板、輸水廊道、閘室底板、閘室墻鋼筋混凝土表層混凝土澆筑完成之后，傳感光纜距離混凝土表面5?10cm；傳感光纜將隨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生同步變形，光纖傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變；在閘首頂部建立數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)，將所敷設(shè)的傳感光纜線路通過(guò)光纜連接數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)。

【技術(shù)特征摘要】

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張丹，宋占璞，方海東，魏廣慶，施斌，翟劍峰，童恒金，徐亮，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：南京大學(xué)，江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，蘇州南智傳感科技有限公司，
類(lèi)型：新型
國(guó)別省市：江蘇;32