结构体监视系统技术方案

一种结构体监视系统，包括测量单元（３）、数值分析单元（５）以及显示单元（６），其中，所述测量单元（３）利用敷设于结构体的边界上的光纤传感器（２），测量敷设有该光纤传感器（３）的边界Γ上的各点的结构体（Ｓ）的变形；所述数值分析单元（５）以该测量单元（３）测量的变形为边界条件，通过数值分析法，计算结构体（Ｓ）的指定点的变形；所述显示单元（６）将有关该数值分析单元（５）分析的变形的信息与结构体（Ｓ）的位置关联起来进行显示。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过光纤传感器来测量结构体的温度、变形等物理量的结构体监视系统。
技术介绍
近年来，人们开发了一种结构体监视系统，该结构体监视系统通过使用一种有效地利用光纤的特性来测量温度、变形等的物理量分布的分布型光纤传感器，用于测量监视隧道、桥梁、建筑物等的结构体的物理量变化。例如，日本特开平11-287650号专利公开公报公开了一种结构体监视系统，该结构体监视系统，根据来自在隧道的内周面上，沿隧道的纵深方向呈蜿蜒状弯曲而敷设的分布型光纤传感器的信息，来检测隧道的变形。具体来说，在该结构体监视系统中，在每个单位螺线(loop)的区划长度上卷绕了指定圈数的螺线状光纤传感器，沿隧道的周向往复、且在隧道的轴向上敷设，并在该螺线状光纤传感器的一端连接有变形分布测量器，该变形分布测量器既将脉冲光射入螺线状光纤传感器，又对来自基于该脉冲光的螺线状光纤传感器的布里渊(Brillouin)散射光进行受光，以测量变形。而且，该结构体监视系统，可在离开现场的地方，对隧道的形状变化持续地进行监视，并且，还可通过螺线状光纤传感器，以较高的精确度检测出3维方向的变形。然而，在上述结构体监视系统中，由于光纤传感器敷设于隧道的内壁面上，故虽可以较高的精确度检测出隧道的内壁面(表面)附近位置的变形，但却难以测量上述内壁的内部，尤其是偏离光纤传感器的位置上的变形。而且，因技术上，或成本等方面的原因，也无法将上述光纤传感器较密集地敷设于隧道的内壁面上，因为光纤传感器是在隧道的轴向上以指定的间距，沿着隧道的周向而敷设的，所以即使在隧道的内壁面附近位置有变形，也难以精确地测量未敷设光纤传感器的位置处的变形。因此，在上述现有的结构体监视系统中，即使是在隧道的内壁内部的位置，或内壁面附近位置，仍难以对未敷设光纤传感器的位置处的变形进行精确地检测，例如，随着变形的增加，在内壁内部产生裂纹的情况下，也只能进行粗略的监测，为了特定该裂纹的位置、大小尺寸，必须得赶到现场，进行精密的再检测，因而存在花费工夫的弊端。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述
技术介绍
中所存在的问题，其目的在于提供一种结构体监视系统，该结构体监视系统可推定偏离敷设有光纤传感器的位置之处的变形、温度等物理量，从而可以较高的精确度来监视结构体中所有位置处的物理量。为了实现上述目的，本专利技术所提供的结构体监视系统，可通过设定特定的边界条件，用数值分析法来分析结构体的指定点的温度、变形等物理量，根据该分析结果对结构体进行监视，其中，该结构体的边界或内部一点的所述物理量通过控制方程式来表示，它包括测量单元、数值分析单元和显示单元，其中，所述测量单元利用敷设于上述结构体的边界上的光纤传感器，来测量敷设有该光纤传感器的边界上的各点的上述结构体的物理量；所述数值分析单元以上述测量单元测量的物理量为边界条件，通过上述数值分析法，对结构体的指定点的物理量进行计算；所述显示单元将有关上述数值分析单元分析的物理量的信息与上述结构体的位置关联起来进行显示。根据本专利技术，通过具有敷设于结构体边界上的光纤传感器的测量单元，可以较高的精确度来测量敷设有该光纤传感器的位置上的温度、变形等物理量。另外，在上述数值分析单元中，通过以上述测量单元测量的物理量为边界条件，对控制方程式用指定的数值分析法进行求解，可计算推定出在结构体的指定点处的物理量，其中，所述结构体的边界或内部的任意点的物理量通过控制方程式来表示。并且，由于具有将由数值分析单元分析的物理量与上述结构体的位置关联起来进行显示的显示单元，故可以较高的精确度来监视结构体中所有位置处的物理量，而且，还可简单快速地特定发生一定值以上的物理量的变化的结构体的部分。因此，在结构体的修补等后续作业中，无需像现有技术那样进行仔细的再检查，便可迅速应对。本专利技术所提供的另一种结构体监视系统，可通过设定特定的边界条件，用数值分析法分析结构体的指定点处的温度、变形等物理量，根据该分析结果对结构体进行监视，其中，该结构体的边界或内部一点的所述物理量通过控制方程式来表示，它包括测量单元、数值分析单元及显示单元，其中，所述测量单元利用敷设于上述结构体的边界上和内部的至少其中任何之一处的光纤传感器，来测量敷设有该光纤传感器的部分的各点的上述结构体的物理量；所述数值分析单元，利用该测量单元所测量的物理量，既从上述控制方程式中导出未敷设上述光纤传感器的结构体的边界上的各点的物理量、即为了作为边界条件进行输入而被变换的物理量，又将该边界上的导出物理量和上述测量物理量的至少其中之一作为边界条件，通过上述数值分析法，对结构体的指定点的分析物理量进行计算所述显示单元将有关上述数值分析单元分析的物理量的信息与上述结构体的位置关联起来进行显示。根据本专利技术，通过具有敷设于结构体的边界上和内部的至少任何之一处的光纤传感器的测量单元，可以较高的精确度来测量敷设有该光纤传感器的位置处的温度、变形等物理量。另外，由于在数值分析单元中，可利用测量单元测量的物理量，从上述控制方程式导出未敷设上述光纤传感器的结构体的边界上的各点处的物理量(未敷设上述光纤传感器的结构体的边界上的各点的物理量、即为了作为边界条件进行输入而被变换的物理量)，故不受结构体的边界约束，可较自由地敷设光纤传感器，由此，使得光纤传感器的施工较为容易。此外，在上述数值分析单元中，通过以由上述测量单元测量的物理量或由上述数值分析单元导出的导出物理量(与上述测量物理量不同的种类的物理量)为边界条件，对控制方程式用指定的数值分析法进行求解，可计算推定出在结构体的指定点处的物理量，其中，所述结构体的边界或内部的任意点处的物理量是通过控制方程式来表示的。而且，由于具有将该数值分析单元所分析的物理量与上述结构体的位置关联起来进行显示的显示单元，故可以较高的精确度来监视结构体中所有位置的物理量，而且，还可简单快速地特定发生一定的物理量变化的结构体的位置。于是，在结构体的修补等后续作业中，不需要像现有技术那样进行仔细的再次检查，便可迅速地应对。上述结构体监视系统最好还包括，在由上述数值分析单元分析的物理量超过预先规定的既定物理量时，发出通知的通知单元。根据此结构，当结构体中有超过既定物理量的位置时，监视者可在瞬间了解该情况。而且，例如，如果将既定物理量设定在结构体的正常范围的极限值，则监视者可在瞬间察觉到结构体的异常。上述结构体监视系统最好方案是，上述光纤传感器敷设于结构体的表面。根据此结构，可容易地进行光纤传感器的敷设、更换。上述结构体监视系统的上述数值分析单元，可通过作为上述数值分析法的边界元素法来计算分析物理量。根据此结构，通过利用格林函数等或基本解，仅使用边界的信息就可以进行分析，因划分的区域维数减少1维，从而可大幅度地削减单元划分所需要的时间和工夫。而且，例如在结构体内部，当产生有裂纹等不良情况发生的部位时，与有限元素法的情况不同的是，可灵活地对应。上述结构体监视系统的上述数值分析单元，还可以将上述结构体划分为有一部分重叠的2个区域，通过边界元素法计算出一个区域的点的分析物理量，另一方面，通过边界元素法，计算出两个区域的重叠区域的各点的物理量，并以该重叠区域上的分析物理量为边界条件，通过有限元素法计算出另一区域的点的分析物理量。根据此结构，可以一面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构体监视系统，通过设定特别指定的边界条件，用数值分析法分析结构体的指定点的温度、变形等物理量，根据该分析结果对结构体进行监视，其中，所述结构体的边界或内部一点的所述物理量通过控制方程式来表示，其特征在于包括：测量单元，利用敷设 于上述结构体的边界上的光纤传感器，来测量敷设有该光纤传感器的边界上的各点的上述结构体的物理量；数值分析单元，以上述测量单元所测量的物理量为边界条件，通过上述数值分析法，对结构体的指定点的物理量进行计算；显示单元，将有关上述数 值分析单元分析的物理量的信息与上述结构体的位置关联起来进行显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岸田欣增，中野元博，山内良昭，
申请(专利权)人：光纳株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]