一种基于光纤光栅传感器的建筑结构健康监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于光纤光栅传感器的建筑结构健康监测系统，包括云端服务器、数据采集系统、传输模块和实时监控系统，数据采集系统包括若干个光纤光栅传感器、若干个光纤光栅解调仪和采集主机，若干个光纤光栅传感器分布安装在建筑上或建筑周围，光纤光栅传感器与光纤光栅解调仪连接，若干个光纤光栅解调仪均与采集主机连接，采集主机经传输模块与云端服务器连接，实时监控系统经传输模块与云端服务器连接。本实用新型专利技术实现了古建筑的健康数据采集并实现了古建筑健康数据的实时监控，方便工作人员实时了解古建筑健康状况。

A health monitoring system of building structure based on FBG sensor

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤光栅传感器的建筑结构健康监测系统
本技术涉及古建筑保护
，尤其涉及一种基于光纤光栅传感器的建筑结构健康监测系统。
技术介绍
中国是一个有着5000年历史的文明古国，同世界其他古老专利技术相比，中国现存古建筑的数量和现状令人堪忧。史见于文字记载的古建筑中，真正留存下来的比例极低，至今仍能完整使用的更是屈指可数。另一方面，古建筑本身又具有重大的文物价值、历史价值和艺术价值，是国家和民族的宝贵财富。因此，如何对这些古建筑进行有效的监测和保护成为国家文物管理部门的重要课题之一。近年来，随着科技的进步，光纤光栅传感器监测技术和物联网技术的兴起，为古建筑的监测维护带来了技术上的突破。例如，一种在中国专利文献上公开的“应用分布式裸光纤光栅进行建筑结构健康监测的方法”，其公告号CN106918294A，其公开日2017年07月04日，包括在建筑结构的构件表面选定监测点，根据所有的监测点设定光纤布置路径，在所述光纤布置路径上布设光纤；在所述光纤上设置分布式裸光纤光栅传感器，所述分布式裸光纤光栅传感器与所述监测点对应；将所有分布式裸光纤光栅传感器组成网络，通过所述分布式裸光纤光栅传感器感知和记录所述建筑结构的温度和应变变化。通过分布式裸光纤光栅传感器感知和记录建筑结构的温度和应变变化，但无法感知建筑结构的位移、湿度等变化，感知的不够全面，同时无法做到与工作人员实行实时交互，降低了建筑结构的实时监测性。
技术实现思路
本技术主要解决现有的技术无法对古建筑结构进行实时监测的问题；提供一种基于光纤光栅传感器的建筑结构健康监测系统，使古建筑结构的位移变化、温度变化、湿度变化、应变变化、压力变化得到实时监测，方便工作人员提前一步采取措施，对古建筑进行有效保护。本技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于光纤光栅传感器的建筑结构健康监测系统，包括云端服务器、数据采集系统、传输模块和实时监控系统，所述数据采集系统包括若干个光纤光栅传感器、若干个光纤光栅解调仪和采集主机，若干个所述光纤光栅传感器分布安装在建筑上或建筑周围，所述光纤光栅传感器用于采集环境参数，并将环境参数输出至光纤光栅解调仪，所述光纤光栅解调仪用于放大环境参数并将放大后的环境参数转换成数字信号输出至采集主机，若干个所述光纤光栅解调仪均与采集主机连接，所述采集主机经传输模块与云端服务器连接，所述实时监控系统经传输模块与云端服务器连接。光纤光栅传感器采集古建筑的环境参数，将环境参数传递给光栅解调仪，光栅解调仪将收到的环境参数转换成便于处理的数字信号，经采集主机打包后传递给云端服务器，云端服务器将数据传递到实时监控系统，工作人员通过观看实时监控系统查看古建筑各项健康数据。作为优选，所述的光纤光栅传感器包括光纤光栅位移传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅湿度传感器、光纤光栅应变传感器、光纤光栅压力传感器和光纤光栅红外探测器，所述光纤光栅位移传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅湿度传感器、光纤光栅应变传感器、光纤光栅压力传感器和光纤光栅红外探测器分别安装在建筑的表面、内部或周围，所述光纤光栅位移传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅湿度传感器、光纤光栅应变传感器、光纤光栅压力传感器和光纤光栅红外探测器均与光纤光栅解调仪连接。在每个古建筑周围设置若干个监测点，每个监测点均设置有光纤光栅位移传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅湿度传感器、光纤光栅应变传感器、光纤光栅压力传感器和光纤光栅红外探测器，对该古建筑的位移变化、温度变化、湿度变化、压力变化和应变变化进行监测。作为优选，所述的实时监控系统包括PC端监控系统和移动端监控系统，所述PC端监控系统和移动端监控系统经传输模块分别与云端服务器连接。通过PC端监控系统和移动端监控系统，方便工作人员在何时何地都可以进行监控，进一步保障古建筑监测的实时性。作为优选，所述的光纤光栅解调仪包括可调式F-P滤波器、光分路器、电源模块、光电探测器模块、数据采集模块、放大电路模块、上位机和驱动电路模块，所述可调式F-P滤波器、驱动电路模块、数据采集模块、放大电路模块均与电源模块连接，所述光电探测器模块、放大电路模块和数据采集模块均与驱动电路模块连接，所述数据采集模块与上位机连接，所述光分路器的输入端与可调式F-P滤波器连接，所述光分路器的输出端与光电探测器模块连接，所述光电探测器模块与放大电路模块连接，所述放大电路模块与数据采集模块连接。不同的光纤光栅传感器将信息传递到光纤光栅解调仪时，经过可调式F-P滤波器对信号进行滤波处理，滤波后经过光分路器进行信号分类，分类后的信号经光电探测器模块将模拟信号转换成数字信号，转换后的数字信号经放大电路模块进行放大处理，使信号特征更加明显，放大后的数字信号经数据采集模块传递给采集主机。作为优选，所述的光纤光栅位移传感器包括壳体、齿轮、齿条、若干个光纤光栅、支架板、转轴、测量杆、支杆和钢珠，所述支架板的一端与壳体内侧壁固定连接，所述支架板的另一端中部设有凹槽，所述转轴套装在凹糟顶端，所述转轴与齿轮的偏心点连接，所述齿轮下端与转动连接在壳体下部支杆上的齿条相啮合，所述齿条与测量杆的一端固定连接，所述测量杆的另一端穿过壳体侧壁并与被测建筑接触，所述光纤光栅对称分布设于支架板的上、下表面，所述钢珠转动安装在支杆的下端，与壳体下部抵接。通过被测古建筑的结构变化，带动测量杆移动，测量杆移动带动齿条位移，齿条带动齿轮转动，齿轮转动使光纤光栅的波长产生漂移，实现对古建筑位移变化的感知。作为优选，所述的壳体下部设有斜撑，所述斜撑的斜面设有滑槽，所述钢珠卡接在所述滑槽中。当光纤光栅位移传感器进行测量时，钢珠沿着斜撑的滑出进行滚动，方便齿条的位移，当测量结束后，钢珠从斜撑上滚下，回到原位，使光纤光栅位移传感器复位，方便光纤光栅位移传感器进行下一次的测量。作为优选，还包括弹簧，所述弹簧的一端与壳体内壁连接，所述弹簧的另一端与齿条连接，所述壳体下部设有滑槽，所述钢珠卡接在滑槽内。当光纤光栅位移传感器测量结束后，弹簧推动齿条，钢珠沿壳体下部滑出滚动，使光纤光栅位移传感器复位。作为优选，所述的传输模块包括无线传输模块和有线传输模块，所述无线传输模块包括WIFI模块或蓝牙模块。通过多种传输模块，防止出现信息无法及时传递的情况，保障了古建筑健康信息传递的及时性和实时性。本技术的有益效果是：（1）通过光纤光栅传感器感知古建筑的位移、温度、湿度、应变和压力，实现古建筑的健康数据采集；（2）通过实时监控系统对古建筑的健康数据进行实时监控，方便工作人员实时了解古建筑健康状况；（3）通过有线或无线传输模块进行信息传输，防止出现信息无法及时传递的情况；（4）通过光纤光栅位移传感器壳体的斜撑或弹簧，方便光纤光栅位移传感器的复位。附图说明图1是实施例一的监测系统结构示意图。图2是实施例一的数据采集系统结构示意图。图3是实施例一的光纤光栅位移传感器的结构示意图。图4是实施例二的光纤光栅位移传感器的结构示意图。图中1.光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤光栅传感器的建筑结构健康监测系统，包括云端服务器，其特征在于，还包括/n数据采集系统、传输模块和实时监控系统，所述数据采集系统包括若干个光纤光栅传感器、若干个光纤光栅解调仪和采集主机，若干个所述光纤光栅传感器分布安装在建筑上或建筑周围，所述光纤光栅传感器用于采集环境参数，并将环境参数输出至光纤光栅解调仪，所述光纤光栅解调仪用于放大环境参数并将放大后的环境参数转换成数字信号输出至采集主机，若干个所述光纤光栅解调仪均与采集主机连接，所述采集主机经传输模块与云端服务器连接，所述实时监控系统经传输模块与云端服务器连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅传感器的建筑结构健康监测系统，包括云端服务器，其特征在于，还包括
数据采集系统、传输模块和实时监控系统，所述数据采集系统包括若干个光纤光栅传感器、若干个光纤光栅解调仪和采集主机，若干个所述光纤光栅传感器分布安装在建筑上或建筑周围，所述光纤光栅传感器用于采集环境参数，并将环境参数输出至光纤光栅解调仪，所述光纤光栅解调仪用于放大环境参数并将放大后的环境参数转换成数字信号输出至采集主机，若干个所述光纤光栅解调仪均与采集主机连接，所述采集主机经传输模块与云端服务器连接，所述实时监控系统经传输模块与云端服务器连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的建筑结构健康监测系统，其特征在于，所述光纤光栅传感器包括光纤光栅位移传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅湿度传感器、光纤光栅应变传感器、光纤光栅压力传感器和光纤光栅红外探测器，所述光纤光栅位移传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅湿度传感器、光纤光栅应变传感器、光纤光栅压力传感器和光纤光栅红外探测器分别安装在建筑的表面、内部或周围，所述光纤光栅位移传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅湿度传感器、光纤光栅应变传感器、光纤光栅压力传感器和光纤光栅红外探测器均与光纤光栅解调仪连接。


3.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的建筑结构健康监测系统，其特征在于，所述实时监控系统包括PC端监控系统和移动端监控系统，所述PC端监控系统和移动端监控系统经传输模块分别与云端服务器连接。


4.根据权利要求2所述的一种基于光纤光栅传感器的建筑结构健康监测系统，其特征在于，所述光纤光栅解调仪包括可调式F-P滤波器、光分路器、电源模块、光电探测器模块、数据采集模块、放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨杰，张亮，宋杰，胡辉，
申请(专利权)人：杭州鲁尔物联科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33