一种基于光纤的桥梁安全监测方法及其监测机构技术

本发明专利技术公开了一种基于光纤的桥梁安全监测方法及其监测机构，包括以下步骤：沿桥梁结构方向铺设传感光缆，在桥梁上设置三维加速度结构，并将传感光缆缠绕于三维加速度结构上；在相邻桥面连接处放置光纤位移传感器，且通过传感光缆与所述光纤传感器的输入端通信连接；在传感光缆的端部通信连接耦合器，并通过耦合器分别通信连接窄线宽脉冲激光器和光纤振动信号解调系统；通过窄线宽脉冲激光器将发出的光经耦合器进入传感光缆，并将传感光缆返回的反射光经耦合器进入光纤振动信号解调系统，光纤振动信号解调系统解调出桥梁的振动信息，对桥梁的安全情况进行评估；该方法施工方便，操作简单，监测效果好，监测精度高，适用范围广，适用于任何桥梁。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤的桥梁安全监测方法及其监测机构
本专利技术涉及桥梁监测
，具体涉及一种基于光纤的桥梁安全监测方法及其监测机构。
技术介绍
随着我国经济的飞速发展，国家对基础设施的投入逐年加大，全国各地架设起越来越多的桥梁，桥梁的安全监测问题随之而来。桥梁结服役的过程之中，环境侵蚀、材料老化和荷载效应、人为的或自然的突变效应等灾害因素的耦合作用将不可避免的导致桥梁结构的损伤累计和抗力衰减，从而使得抵抗自然灾害、正常荷载以及坏境作用的能力下降，引发灾难性的突发事故，造成重大经济损失和人员伤亡。因此，有效的桥梁结构安全管理技术，及时监测桥梁结构安全健康状况，对桥梁结构早期损伤进行维修，不仅能显著降低维护费用，而且能够保证桥梁结构性能，延长桥梁结构寿命，具有重要的社会与经济价值。桥梁结构损伤检测可采用外观目测、基于仪器设备的局部损伤检测、基于静态测量数据的结构损伤检测和基于动态测量数据的结构损伤检测等方法。而现有监测方法监测点少，监测精度低，施工不便，成本高，费时费力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种监测精度高、多点监测的基于光纤的桥梁安全监测方法及其监测机构。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于光纤的桥梁安全监测方法，包括以下步骤：步骤①：沿桥梁结构方向铺设传感光缆；步骤②：在桥梁上设置三维加速度结构，并将所述传感光缆缠绕于所述三维加速度结构上；步骤③：在相邻桥面连接处设置光纤位移传感器，且将传感光缆与所述光纤位移传感器通信连接；步骤④：在传感光缆的端部通信连接耦合器，且将所述耦合器分别与窄线宽脉冲激光器和光纤振动信号解调系统通信连接。步骤⑤：开启窄线宽脉冲激光器，使窄线宽脉冲激光器将发出的光经耦合器后进入传感光缆，传感光缆返回的反射光经耦合器进入光纤振动信号解调系统，光纤振动信号解调系统解调出桥梁的振动信息，根据解调出的振动信息对桥梁的安全情况进行评估。进一步，步骤①中传感光缆沿桥梁桥面、支座或桥墩部位铺设。进一步，步骤②中所述三维加速度结构放置于桥梁支座和桥面接触位置或桥梁支座与桥墩接触位置。进一步，步骤①中传感线缆在桥梁修建架设时预先铺设或在桥梁修建完善后铺设。本专利技术还提供了一种基于光纤的桥梁安全监测方法的监测机构，包括传感光缆、耦合器、窄线宽脉冲激光器、光纤振动信号解调系统以及缠绕有传感光缆的三维加速度结构；所述窄线宽脉冲激光器与所述耦合器通信连接，所述耦合器与所述传感光缆通信连接，且所述光纤振动信号解调系统与所述耦合器通信连接；所述传感光缆上还通信连接有光纤位移传感器，且所述光纤位移传感器位于相邻桥面连接缝隙位置处。进一步，所述三维加速度结构包括分别沿桥梁三维方向相互垂直连接的水平悬臂梁、横向悬臂梁和纵向悬臂梁，所述传感光缆分别缠绕于所述水平悬臂梁、横向悬臂梁和纵向悬臂梁上。进一步，所述水平悬臂梁、横向悬臂梁和纵向悬臂梁上分别安装有质量块。进一步，所述质量块为正方体结构。进一步，所述三维加速度结构为多个，且分布在所述桥梁支座与桥面接触的位置或桥梁支座与桥墩接触的位置。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所提供的一种基于光线的桥梁安全监测方法及其监测机构，施工方便，操作简单，适用范围广，既适用于公路、铁路桥梁，又适用于其他桥梁；通过光纤信号传输监测和相邻桥面间相对位移监测，实现对桥梁安全性能的双重监测体系，监测效果好，监测精度高；其中通过从激光器发出光进入光缆，经光缆反射传回的信息传输入光纤振动信号解调系统，经过光纤振动信号解调系统分析后得到桥梁的整体情况，监测效果好；且该光纤振动信号解调系统可实现强度解调、相位解调等；通过光纤位移传感器，有效的对相邻桥面连接处的相对位移进行可靠监测；通过三维加速度结构对桥梁多个特殊位置进行准确监测，通过质量块提高振动信号的强度，从而保证三维加速度结构的悬臂梁可以监测到每个方向上的振动，实现三维监测；且该方法采用分布式监测，实现了监测无缝式记录、监测距离长、监测范围大、几乎无监测死角，提高监测效果。附图说明图1为本专利技术示意图；图2为本专利技术中三维加速度结构的结构示意图；图3为本专利技术中光纤位移传感器设置示意图；图1至图3所示附图标记分别表示为：1-传感光缆，2-三维加速度结构，3-光纤位移传感器，4-耦合器，5-窄线宽脉冲激光器，6-光纤振动信号解调系统，20-水平悬臂梁，21-横向悬臂梁，22-纵向悬臂梁，23-质量块。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1至图3所示，一种基于光纤的桥梁安全监测方法，通过光纤振动信号解调系统拾取传感光缆所经过位置的振动信号，来判断桥梁的安全运行状况，包括以下步骤：步骤①：沿桥梁结构方向铺设传感光缆1；该桥梁包括梁式桥、拱桥、钢架桥、缆索承重桥等多种类型的桥梁。传感光缆1的铺设可在桥梁修建时进行预设，也可在桥梁完成后安装在桥梁上，传感光缆1主要铺设分布在整个桥面、桥梁支座和桥墩等部位处，通过传感光缆1从而获取桥梁的振动信息。步骤②：在桥梁上设置三维加速度结构2，并将传感光缆1缠绕于三维加速度结构2上；三维加速度结构2主要设置在桥梁支座与桥面接触的位置、桥梁支座和桥墩位置处。通过三维加速度结构2配合传感光缆1对该设置位置处三维加速度或受力情况进行监测。步骤③：在相邻桥面连接处放置光纤位移传感器3，且传感光缆1与所述光纤传感器的输入端通信连接；该光纤位移传感器主要设置在相邻桥面连接位置处，从而便于监测相邻桥面紧的相对位置变化。步骤④：在传感光缆1的端部通信连接耦合器4，并通过耦合器4分别通信连接窄线宽脉冲激光器5和光纤振动信号解调系统6。窄线宽脉冲激光器5发出的光经耦合器4进入传感光缆1，并将传感光缆1返回的反射光经耦合器4进入光纤振动信号解调系统6。步骤⑤：开启窄线宽脉冲激光器5，通过窄线宽脉冲激光器5将发出的光经耦合器4进入传感光缆1，并将传感光缆1返回的反射光经耦合器4进入光纤振动信号解调系统6，光纤振动信号解调系统6解调出桥梁的振动信息，根据解调出的振动信息对桥梁的安全情况进行评估。光纤振动信号解调系统还可以采用光纤振动传感信号解调系统。该光纤振动信号解调系统6的工作原理可包括强度解调、相位解调等解调方式。光信号的主要特征参量主要包括光强、相位、偏振态等，当传感光缆1附近发生振动时，传感光缆1内的光信号的特征参量将会发生改变；传感光缆1反射回的光信号将携带振动信息，反射回的光信号经耦合器4进入光纤振动信号解调系统6，该解调系统对接收到的光信号进行处理，恢复出桥梁的振动信息，根据该振动信息进行桥梁的安全状况进行评估。实施例：该实例中光纤振动信号解调系统6选用光纤振动信号相位解调系统，光信号的几个主要特征参量是光强、相位、偏振态等，当发生振动时会引起光信号的特征参量发生改变，光纤振动信号相位解调系统的工作方式是通过现有算法将光信号的相位信息解调出来。实际操作时按照具体实施方案的实施步骤将窄线宽脉冲激光器5、光纤振动信号相位解调系统、铺设在桥梁上的光缆通过耦合器4连接。对整个系统进行调试后，窄线宽脉冲激光器5产生的光通过耦合器4进入光缆，当桥梁上有车通过、水流冲击桥墩等情况发生时，进入光缆的光的某些参数(如相位)将发生变化，携带这些振动信息，经光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤的桥梁安全监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤①：沿桥梁结构方向铺设传感光缆(1)；步骤②：在桥梁上设置三维加速度结构(2)，并将所述传感光缆(1)缠绕于所述三维加速度结构(2)上；步骤③：在相邻桥面连接处设置光纤位移传感器(3)，且将传感光缆(1)与所述光纤位移传感器(3)的输入端通信连接；步骤④：在传感光缆(1)的端部通信连接耦合器(4)，且将所述耦合器(4)分别与窄线宽脉冲激光器(5)和光纤振动信号解调系统(6)通信连接；步骤⑤：开启窄线宽脉冲激光器(5)，使窄线宽脉冲激光器(5)将发出的光经耦合器(4)后进入传感光缆(1)，传感光缆(1)返回的反射光经耦合器(4)进入光纤振动信号解调系统(6)，光纤振动信号解调系统(6)解调出桥梁的振动信息，根据解调出的振动信息对桥梁的安全情况进行评估。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤的桥梁安全监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤①：沿桥梁结构方向铺设传感光缆(1)；步骤②：在桥梁上设置三维加速度结构(2)，并将所述传感光缆(1)缠绕于所述三维加速度结构(2)上；步骤③：在相邻桥面连接处设置光纤位移传感器(3)，且将传感光缆(1)与所述光纤位移传感器(3)的输入端通信连接；步骤④：在传感光缆(1)的端部通信连接耦合器(4)，且将所述耦合器(4)分别与窄线宽脉冲激光器(5)和光纤振动信号解调系统(6)通信连接；步骤⑤：开启窄线宽脉冲激光器(5)，使窄线宽脉冲激光器(5)将发出的光经耦合器(4)后进入传感光缆(1)，传感光缆(1)返回的反射光经耦合器(4)进入光纤振动信号解调系统(6)，光纤振动信号解调系统(6)解调出桥梁的振动信息，根据解调出的振动信息对桥梁的安全情况进行评估。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤的桥梁安全监测方法，其特征在于，步骤①中传感光缆(1)沿桥梁桥面、支座或桥墩部位铺设。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤的桥梁安全监测方法，其特征在于，步骤②中所述三维加速度结构(2)放置于桥梁支座和桥面接触位置或桥梁支座与桥墩接触位置。4.根据权利要求1所述的一种基于光纤的桥梁安全监测方法，其特征在于，步骤②中三维加速度结构(2)上安装有质量块。5.根据权利要求1至4任一项所述的一种基于光纤的桥梁安全监测...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉曾令，肖彦波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51