基桩桩身三维应变和力参数监测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基桩桩身三维应变和力参数监测系统。本实用新型专利技术的目的是提供一种基桩桩身三维应变和力参数监测系统，以监测基桩的桩身轴力、水平力、弯矩、扭矩的量值及其分布规律。本实用新型专利技术的技术方案是：一种基桩桩身三维应变和力参数监测系统，沿桩身表面埋设9根传感光纤，传感光纤分成三组，每组3根；第一组传感光纤为轴向光纤，3根传感光纤均沿桩身轴向布置；第二组传感光纤为S型光纤，3根传感光纤均逆时针绕于桩身上，从桩身一端均匀绕向另一端；第三组传感光纤为反S型光纤，3根传感光纤均顺时针绕于桩身上，从桩身一端均匀绕向另一端。本实用新型专利技术适用于岩土工程检测、监测技术领域。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基粧粧身三维应变和力参数监测系统，尤其是一种基于分布 式光纤传感技术基粧粧身三维应变和力参数监测系统。适用于岩土工程检测、监测技术领 域。
技术介绍
许多工程结构修建于复杂环境中，或结构体系本身十分复杂，这些复杂性均有可 能引起结构上作用力和力矩等荷载，如海上采油平台、海上桥梁粧基、大型输电塔、超高层 建筑物及交通信号塔等高耸建构筑物，这些结构上传来的荷载一般最终由群粧承担并传递 给地基。现有的基粧外部荷载监测大多集中在粧身轴力的测试，很少对粧身的水平力和力 矩进行监测。 随着光纤传感解调技术（布里渊解调技术BOTDA/BOTDR)的不断发展，一根传感光 纤既能感应应变又能传输信号，形成分布式应变传感器。基于布里渊散射的分布式光纤传 感技术，具有耐久性好、无零点漂移、不带电工作、抗电磁干扰、传输带宽大等突出优点，可 以实现对待测参数的分布式测量，目前在土木、水利、电力、交通、石化、海洋等领域推广运 用，但基于分布式光纤传感技术监测基粧承受力和力矩的方法与系统尚未见到。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是：提供一种基粧粧身三维应变和力参数监测系 统，以监测基粧的粧身轴力、水平力、弯矩、扭矩的量值及其分布规律。 本技术所采用的技术方案是：一种基粧粧身三维应变和力参数监测系统，其 特征在于：沿粧身表面埋设9根传感光纤，传感光纤分成三组，每组3根； 第一组传感光纤为轴向光纤，3根传感光纤均沿粧身轴向布置；第二组传感光纤 为S型光纤，3根传感光纤均逆时针绕于粧身上，从粧身一端均匀绕向另一端；第三组传感 光纤为反S型光纤，3根传感光纤均顺时针绕于粧身上，从粧身一端均匀绕向另一端； 所述轴向光纤与S型光纤、反S型光纤均具有若干相交点，且每根轴向光纤上与 S型光纤的相交点和与反S型光纤的相交点一一对应重合形成测试点，每个测试点所在 粧身横截面的边缘共有三个测试点；所述S型光纤、反S型光纤与轴向光纤的夹角为Θ， 0° < Θ <90 ； 9根传感光纤头尾相连形成1根光纤，所形成的光纤两端与布里渊解调仪相连。 3根轴向光纤均匀布置于粧身表面，3根S型光纤分别以粧身下端面边缘、相邻两 根轴向光纤的中心点为起点绕于粧身上，3根反S型光纤分别以粧身下端面边缘、相邻两根 轴向光纤的中心点为起点绕于粧身上。 本技术的有益效果是：本技术提出了基于分布式光纤传感技术基粧三维 应变和力参数监测系统，通过沿粧身表面埋设9根传感光纤，轴向光线、S型光线和反S型 光线交于一点，形成测试点，且三个测试点共截面，采用布里渊解调技术（BOTDR/BOTDA)同 时监测9根传感光纤的线应变变化，测得的应变变化量，根据三向应变花计算原理，分析各 交汇点的轴向应变、剪应变和切应变，根据基粧的材料参数，计算基粧的粧身轴力、水平力、 弯矩、扭矩的量值及其分布规律。 本技术建立了一套包括分布式传感光纤、BOTDR/BOTDA和数据处理三部分组 成的量测系统，用于实时监测基粧在复杂荷载作用下各截面的应变量，计算和分析基粧的 受力性状等。【附图说明】 图1为实施例的结构示意图。 图2为实施例中基粧的端面示意图。 图3为实施例中传感光纤布置基粧侧面展开图。 图4、图5为实施例中三向应变花计算原理示意图。 图6为本实施例中具有测试点的横截面示意图。【具体实施方式】 本实施例为一种基粧粧身三维应变和力参数监测系统，沿粧身3表面埋设9根传 感光纤，其中传感光纤分成三组，每组3根：第一组传感光纤为轴向光纤11，3根传感光纤均 沿粧身3轴向布置；第二组传感光纤为S型光纤12, 3根传感光纤均逆时针绕于粧身3上， 从粧身一端均匀绕向另一端；第三组传感光纤为反S型光纤13, 3根传感光纤均顺时针绕于 粧身上，从粧身一端均匀绕向另一端。轴向光纤与S型光纤和反S型光纤均具有若干相交 点，并且每根轴向光纤上与S型光纤的相交点和与反S型光纤的相交点一一对应重合形成 测试点，每个测试点所在粧身横截面的边缘共有三个测试点14。本例中S型光纤、反S型光 纤与轴向光纤的夹角均为θ，〇°〈 Θ〈90。 如图1~图3所示，本例中传感光纤具体的布置方式为3根轴向光纤均匀布置于 粧身表面，3根S型光纤分别以粧身下端面边缘、相邻两轴向光纤的中心点为起点绕于粧身 上，3根反S型光纤分别以粧身下端面边缘、相邻两轴向光纤的中心点为起点绕于粧身上。 由于轴向光纤均匀布置于粧身上，S型光纤和反S型光纤起点均为粧身下端面边缘、相邻两 轴向光纤的中心点，并且S型光纤和反S型光纤与轴向光纤夹角相同，从而保证轴向光纤上 与S型光纤的相交点和与反S型光纤的相交点一一对应重合。 本实施例中9根传感光纤头尾相连形成1根光纤，所形成的光纤两端与布里渊解 调仪相连，该布里渊解调仪为市购产品，其性能、构造、用途等此处不作介绍。 以下详细描述应用本实施例基粧粧身三维应变监测系统进行粧身三维应变和力 参数量测的方法： (1)布里渊解调技术（BOTDR/BOTDA)基本原理 BOTDR/BOTDA是在光导纤维及光纤通信技术的基础上发展起来的一种以光为载 体、光纤为媒介，感知和传输外界信号的新型传感技术。它的工作原理是分别从光纤两端注 入脉冲光和连续光，制造布里渊放大效应（受激布里渊），根据光信号布里渊频移与光纤温 度和轴向应变之间的线性变化关系，如式（1)。 Δ vB= C vt · Δ t+Cve · Δ ε (I) 式⑴中ΛνΒ为布里渊频移量；C vt为布里渊频移温度系数；C 为布里渊频移应 变系数；Δ t为温度变化量；Λ ε为应变变化量。 温度变化引起的布里渊频移可通过在非测试段静置得到的频移进行补偿。 (2)三向应变花计算原理 如图4、图5所示，定义OXYZ为基粧直角坐标系，oxyz为测试点的局部坐标系，基 粧直角坐标系中以粧身下端面中心为坐标原点，沿粧身轴线向上为Z轴正向，测试点的局 部坐标系中测试点为坐标原点〇, X轴沿基粧截面方向，y轴沿轴向光纤布置方向，其中X轴 和y轴分别与X轴和Y轴的夹角均为D，z轴和Z轴垂直。 假设粧身截面上M点的X向应变、y向应变和剪切应变分别为ε χ、ε y、Yxy，则 0° (轴向光纤）、Θ (反S型光纤）、-θ (S型光纤）三个方向的应变分别为：【主权项】1. 一种基粧粧身三维应变和力参数监测系统，其特征在于：沿粧身（3)表面埋设9根 传感光纤，传感光纤分成三组，每组3根； 第一组传感光纤为轴向光纤（11)，3根传感光纤均沿粧身（3)轴向布置；第二组传感光 纤为S型光纤（12)，3根传感光纤均逆时针绕于粧身（3)上，从粧身一端均匀绕向另一端； 第三组传感光纤为反S型光纤（13)，3根传感光纤均顺时针绕于粧身（3)上，从粧身一端均 勾绕向另一端； 所述轴向光纤（11)与S型光纤（12)、反S型光纤（13)均具有若干相交点，且每根轴向 光纤上与S型光纤的相交点和与反S型光纤的相交点一一对应重合形成测试点（14)，每个 测试点所在粧身横截面的边缘共有三个测试点；所述S型光纤、反S型光纤与轴向光纤的夹 角为 0，0。〈 0〈90 ; 9根传感光纤头尾相连形成1根光纤，所形成的光纤两端与布里渊解调仪（2)相连。2.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基桩桩身三维应变和力参数监测系统，其特征在于：沿桩身(3)表面埋设9根传感光纤，传感光纤分成三组，每组3根；第一组传感光纤为轴向光纤(11)，3根传感光纤均沿桩身(3)轴向布置；第二组传感光纤为S型光纤(12)，3根传感光纤均逆时针绕于桩身(3)上，从桩身一端均匀绕向另一端；第三组传感光纤为反S型光纤(13)，3根传感光纤均顺时针绕于桩身(3)上，从桩身一端均匀绕向另一端；所述轴向光纤(11)与S型光纤(12)、反S型光纤(13)均具有若干相交点，且每根轴向光纤上与S型光纤的相交点和与反S型光纤的相交点一一对应重合形成测试点(14)，每个测试点所在桩身横截面的边缘共有三个测试点；所述S型光纤、反S型光纤与轴向光纤的夹角为θ，0°<θ<90；9根传感光纤头尾相连形成1根光纤，所形成的光纤两端与布里渊解调仪(2)相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文华，王群敏，彭书生，吴勇，钟聪达，卢泳，
申请(专利权)人：浙江华东工程安全技术有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33