一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开的一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统，包括分布式光纤传感器，高强预应力螺纹钢棒，液压加载装置，加载横梁，反力地板及控制系统；分布式光纤传感器贯穿在高强预应力螺纹钢棒的中心处，高强预应力螺纹钢棒由螺母及高强垫片锚固在加载横梁与反力地板之间；液压加载装置设置在高强垫片与加载横梁之间；分布式光纤传感器与光纤调制解调模块、数据分析模块、控制模块及液压加载装置连接，结构试件设置在加载横梁与反力地板之间；控制系统控制液压加载装置，通过高强预应力螺纹钢棒的轴向拉力，对结构试件施加轴向压力。本发明专利技术结构合理、受力路径明确，具有测量精度高、线性度好、抗电磁干扰能力极强、耐腐蚀性好等优点。

An intelligent axial force loading system using distributed optical fiber measuring device

An intelligent axial force loading system which uses a distributed optical fiber measuring device, including a distributed optical fiber sensor, a high-strength prestressed steel bar, a hydraulic loading device, a loading beam, a counterforce floor and a control system, and a distributed optical fiber sensor which runs through the center of a high strength prestressed steel bar. The prestressed steel bar is anchored between the loading beam and the counterforce floor by the nut and the high strength gasket; the hydraulic loading device is set between the high strength gasket and the loading beam; the distributed optical fiber sensor is connected with the optical fiber modulation and demodulation module, the data analysis module, the control module and the hydraulic loading device, and the structure test parts are set in loading. Between the crossbeam and the counterforce floor, the control system controls the hydraulic loading device, and the axial pressure is applied to the structural specimen through the axial tension of the high strength prestressed steel bar. The invention has the advantages of reasonable structure and definite force path, and has the advantages of high measuring accuracy, good linearity, strong electromagnetic interference resistance, and good corrosion resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统
本专利技术涉及结构试验测试领域，尤其涉及一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统。
技术介绍
在结构工程中，结构构件（如柱、剪力墙等）的轴压比是一项关键技术指标，对于结构设计具有重要意义，结构构件的轴压比对于结构的抗震能力具有重要影响，而影响结构构件轴压比的一个关键技术参数就是轴压力。现阶段在结构试验领域中，对于结构试件的轴压力的施加通常是通过反力刚架，利用液压千斤顶进行加载，而加载轴压力的监测通常是在结构试件与液压千斤顶，或者反力刚架与千斤顶之间安装压力传感器。但是由于实际中的压力传感器体积大，重量大，灵敏度低，造成在实际试验过程中安装困难，轴力测量不精确，并且轴压力控制不稳定，进而影响试验结果，甚至对结构设计产生影响。因此有必要研究一种高精度智能轴力加载装置。光纤传感技术灵敏度高、线性度好、抗电磁干扰能力极强、耐腐蚀性好、传输距离远、良好的长期工作稳定性等优点，近年来已经在航空航天、医疗、建筑结构、桥梁监测等领域中取得成功应用。为了实现结构试件轴压力的高精度智能加载，提出了一种基于分布式光纤应变传感测量分析技术和反馈控制原理的智能轴力加载装置，实现试件轴压力的智能加载。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术问题，本专利技术提供一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统，结构形式合理，受力路径明确，利用光纤的背向瑞利散射的光谱响应，即可获得光纤的应变，进而即可获得预应力高强螺纹钢棒的应变，然后通过材料力学原理即可获得预应力高强螺纹钢棒的轴向拉力；将实测的预应力高强螺纹钢棒的轴向拉力与目标轴力进行比较，然后通过反馈控制系统即可实现预应力高强螺纹钢棒的轴向拉力的自适应调节，进而实现试件轴压力的智能加载。本专利技术的技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统，包括分布式光纤传感器，高强预应力螺纹钢棒，液压加载装置，加载横梁，反力地板及控制系统；所述分布式光纤贯穿在高强预应力螺纹钢棒的中心处，高强预应力螺纹钢棒由螺母锚固在加载横梁与反力地板之间；所述液压加载装置设置在高强垫片与加载横梁之间；所述分布式光纤传感器与光纤调制解调模块、数据分析模块、控制模块及液压加载装置连接，结构试件设置在加载横梁与反力地板之间；所述控制系统控制液压加载装置，通过分布式光纤测量高强预应力螺纹钢棒的轴向拉应变确定其轴向拉力，通过高强预应力螺纹钢棒的轴向拉力，对结构试件施加轴向压力。本申请中，基于分布式光纤应变测量装置，可以测得高强预应力螺纹钢棒全长的轴向拉应变分布，通过高强预应力螺纹钢棒的轴向拉应变分布即可确定预应力高强螺纹钢棒所受的轴向拉力。通过光纤传感技术实时监测、反馈高强预应力螺纹钢棒的轴向拉力，并对目标轴力与实测轴力进行实时比较，通过控制模块，实现对液压加载装置的实时控制，进而实现试件轴力加载的自适应调节。进一步地，所述高强预应力螺纹钢棒的杆轴横截面中心位置设置一贯通孔，分布式光纤粘贴在高强预应力螺纹钢棒的贯通孔内。本专利技术将分布式光纤布设于高强预应力螺纹钢棒的轴心，这样可以更好的保护传感器，免受外界的干扰，以提高监测的准确性。进一步地，所述控制系统包括控制模块、光纤调制解调模块及分析模块，所述控制模块与液压加载装置连接，光纤调制解调模块与分布式光纤连接，分析模块设置在光纤调制解调模块与控制模块之间；控制模块接受人工指令及分析模块输出的计算机指令。进一步地，所述智能轴力加载系统还包括高强垫片，其设置在液压加载装置与螺母之间。进一步地，所述液压加载装置为穿心式液压加载千斤顶。本专利技术有益效果：本专利技术提供的一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统，结构形式，具有以下技术效果：（1）本申请选用分布式光纤作为传感器，可以实现沿高强预应力螺纹钢棒全长的应变测量，测量更加精确；（2）本申请结构简单，受力路径更加明确，预应力高强螺纹钢棒通过螺母与反力地板相连，可以实现加载装置的重复利用、降低试验成本；（3）本申请通过反馈控制原理可以实现轴力的自适应加载，无需人为处理，自动高效。附图说明通过结合以下附图所作的详细描述，本专利技术的上述优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本专利技术，其中：图1是本专利技术所述的一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统的结构示意图；图2是本专利技术之分布式光纤传感器与高强预应力螺纹钢棒的组装图；图3是图2的截面图；图4是本专利技术所述的利用一种分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统之控制系统示意图。附图中，各标号所代表的部件如下：1.分布式光纤传感器；2.螺母；3.高强垫片；4.液压加载装置；5.加载横梁；6.高强预应力螺纹钢棒；7.结构试件；8.反力地板。具体实施方式下面结合具体实施例和附图，对本专利技术一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统进行详细说明。在此记载的实施例为本专利技术的特定的具体实施方式，用于说明本专利技术的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本专利技术实施方式及本专利技术范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。本说明书的附图为示意图，辅助说明本专利技术的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本专利技术实施例的各部件的结构，相同的参考标记用于表示相同的部分。一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统的结构示意图，如图1所示，其具体包括分布式光纤传感器1，高强预应力螺纹钢棒6，液压加载装置4，加载横梁5，反力地板8及控制系统。所述的分布式光纤传感器1贯穿在高强预应力螺纹钢棒6的中心处，高强预应力螺纹钢棒6由螺母2锚固在加载横梁5与反力地板8之间；所述液压加载装置4设置在高强垫片3与加载横梁5之间；所述液压加载装置4及分布式光纤传感器1与控制系统连接，结构试件7设置在加载横梁5与反力地板8之间；所述控制系统控制液压加载装置，通过分布式光纤传感器1测量高强预应力螺纹钢棒6的轴向拉应变确定其轴向拉力，通过高强预应力螺纹钢棒6的轴向拉力，对结构试件7施加轴向压力。所述智能轴力加载系统还包括高强垫片3，其设置在液压加载装置4与螺母2之间，所述液压加载装置4为穿心式液压加载千斤顶，如图1所示。本申请中，基于分布式光纤应变测量装置，可以测得高强预应力螺纹钢棒6全长的轴向拉应变分布，通过高强预应力螺纹钢棒6的轴向拉应变分布即可确定预应力高强螺纹钢棒6所受的轴向拉力。通过光纤传感技术实时监测、反馈高强预应力螺纹钢棒6的轴向拉力，并对目标轴力与实测轴力进行实时比较，通过控制系统，实现对液压加载装置的实时控制，进而实现试件轴力加载的自适应调节。由于分布式光纤传感装置采用可调谐波长干涉技术，应变的分布式测量在几十米长的标准光纤上具有毫米级的空间分辨率，应变的测试精度可达到0.5个微应变，因此，能够实现轴力的高精度智能加载。所述高强预应力螺纹钢棒6的杆轴横截面中心位置设置一贯通孔，分布式光纤传感器1粘贴在高强预应力螺纹钢棒6的贯通孔内，如图2所示，图3是分布式光纤与高强预应力螺纹钢棒组装后的截面图。在高强预应力螺纹钢棒6上沿中轴线设置一贯通孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统，其特征在于，包括分布式光纤传感器（1），高强预应力螺纹钢棒（6），液压加载装置（4），加载横梁（5），反力地板（8）及控制系统；所述分布式光纤传感器（1）贯穿在高强预应力螺纹钢棒（6）的中心处，高强预应力螺纹钢棒（6）由螺母（2）锚固在加载横梁（5）与反力地板（8）之间；所述液压加载装置（4）设置在高强垫片（3）与加载横梁（5）之间；所述液压加载装置（4）及分布式光纤传感器（1）与控制系统连接，结构试件（7）设置在加载横梁（5）与反力地板（8）之间；所述控制系统控制液压加载装置（4），通过分布式光纤传感器（1）测量高强预应力螺纹钢棒（6）的轴向拉应变以确定高强预应力螺纹钢棒（6）的轴向拉力，通过高强预应力螺纹钢棒（6）的轴向拉力，对结构试件（7）施加轴向压力。

【技术特征摘要】
1.一种利用分布式光纤测量装置的智能轴力加载系统，其特征在于，包括分布式光纤传感器（1），高强预应力螺纹钢棒（6），液压加载装置（4），加载横梁（5），反力地板（8）及控制系统；所述分布式光纤传感器（1）贯穿在高强预应力螺纹钢棒（6）的中心处，高强预应力螺纹钢棒（6）由螺母（2）锚固在加载横梁（5）与反力地板（8）之间；所述液压加载装置（4）设置在高强垫片（3）与加载横梁（5）之间；所述液压加载装置（4）及分布式光纤传感器（1）与控制系统连接，结构试件（7）设置在加载横梁（5）与反力地板（8）之间；所述控制系统控制液压加载装置（4），通过分布式光纤传感器（1）测量高强预应力螺纹钢棒（6）的轴向拉应变以确定高强预应力螺纹钢棒（6）的轴向拉力，通过高强预应力螺纹钢棒（6）的轴向拉力，对结构试件（7）施加轴向压力。2.根据权利要求1所述的一种利用分布式光纤测量装置的智能...

【专利技术属性】
技术研发人员：田振，史鹏飞，孙建运，赵永曦，张翠强，李六连，罗叶，翟明会，王鹏，李伟，李雨亭，
申请(专利权)人：中国建筑股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11