分布式光纤-保护层-粘贴层-基体应变传递的计算方法技术

分布式光纤

【技术实现步骤摘要】
分布式光纤
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保护层
‑
粘贴层
‑
基体应变传递的计算方法


[0001]本专利技术属于土木工程结构运营安全智能监测领域，特别是涉及一种分布式光纤
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保护层
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粘贴层
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基体应变传递的计算方法。

技术介绍

[0002]大型土木结构使用期长，在其服役期内不可避免的受到环境腐蚀﹑材料老化﹑荷载的长期效应等因素的影响，使其工作能力衰退。一旦这些结构失去工作的能力，将带来巨大的损失，其后果不堪设想，因此，对大型土木工程结构进行服役期内的长期监测，及时诊断并发现问题，消除潜在隐患极其重要。由于土木工程结构往往体型巨大、自由度众多，所以迫切需求一种有效感测技术。光纤具有同时传感及传输信息、长距离传输损耗低、不受电磁干扰影响、轻便且易于系统集成等特性，非常适于作为传感介质，尤其分布式光纤感测技术，可以实现空间上的连续测量。
[0003]利用高性能分布式光纤感测技术具备的监测距离长、测点分辨率高等特点，可实现对大型土木工程结构全区域的全时感知，对所存在的潜在结构风险进行及时预警，并为土木工程结构维修加固提供数据支撑。但是，在分布式光纤感测技术应用于实际土木工程结构运营安全监测的过程中，为了保护传感光纤不受安装施工条件及服役环境的变化而破坏，光纤表面需要包裹一定厚度的复合保护层，即形成传感光缆；同时，传感光缆与土木结构的连接条件、安装施工方法往往因具体的工程不同而异，从而导致传感光纤测试应变值不是光缆所连接基体结构实际应变的真实反映。针对这一问题，本专利技术提出一种分布式光纤
‑
保护层
‑
粘贴层
‑
基体应变传递的计算方法，以解决分布式传感光缆测试值与光缆所连接基体结构实际应变的精确映射问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为准确得到分布式传感光缆应变测试值与光缆所连接基体结构实际应变的精确映射关系，现提出一种分布式光纤
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保护层
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粘贴层
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基体应变传递的计算方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]一种分布式光纤
‑
保护层
‑
粘贴层
‑
基体应变传递的计算方法，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一：根据所采用的分布式感测光缆截面参数，确定光纤复合保护层的刚度指标，构建核心光纤与复合保护层的剪切关系模型，计算核心光纤
‑
复合保护层的应变传递率；
[0008]步骤二：根据分布式感测光缆现场布设条件，确定分布式感测光缆粘贴层厚度及其剪切模量，计算基于剪滞理论的复合保护层
‑
粘贴层
‑
基体应变传递率；
[0009]步骤三：根据现场布设条件，建立分布式光纤传感的光纤
‑
复合保护层
‑
粘贴层
‑
基体数值模型，根据误差最小原则，修正计算步骤一和步骤二中应变传递率的剪滞参数，获得
光纤
‑
复合保护层
‑
粘贴层
‑
基体的应变传递率修正后结果；
[0010]步骤四：分布式感测光缆现场安装完成后，测试得到光缆粘贴层厚度、宽度及长度指标，归纳分析光缆粘贴层参数指标的统计特征，并将上述统计特征代入步骤三，计算考虑光缆施工安装因素影响的光纤
‑
复合保护层
‑
粘贴层
‑
基体应变传递结果。
[0011]本专利技术相对于现有技术的有益效果是：
[0012]本专利技术的分布式光纤传感的光纤
‑
复合保护层
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粘贴层
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基体应变传递计算方法，首先，根据所采用的分布式感测光缆截面参数，构建核心光纤与复合保护层的剪切关系模型，进而计算核心光纤
‑
复合保护层的应变传递率；其次，计算基于剪滞理论的复合保护层
‑
粘贴层
‑
基体应变传递率；在此基础上，建立分布式光纤传感的光纤
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复合保护层
‑
粘贴层
‑
基体数值模型，得到修正后的光纤
‑
复合保护层
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粘贴层
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基体的应变传递率；最后，分布式感测光缆现场安装完成后，归纳分析光缆粘贴层参数指标的统计特征，得到考虑光缆施工安装因素影响的光纤
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复合保护层
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粘贴层
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基体应变传递结果。与现有技术相比，解决了分布式传感光缆测试值与光缆所连接基体结构实际应变的精确映射问题。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的分布式光纤
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保护层
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粘贴层
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基体应变传递的计算方法的流程图。
[0014]图2为实施实例中应变传感光缆的照片。
[0015]图3为实施实例中光纤
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复合保护层
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粘贴层
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基体有限元模型。
[0016]图4为实施实例中20cm粘贴条件下修正前应变传递率计算结果示意图。
[0017]图5为实施实例中30cm粘贴条件下修正前应变传递率计算结果示意图。
[0018]图6为实施实例中40cm粘贴条件下修正前应变传递率计算结果示意图。
[0019]图7为实施实例中20cm粘贴条件下修正后应变传递率计算结果示意图。
[0020]图8为实施实例中30cm粘贴条件下修正后应变传递率计算结果示意图。
[0021]图9为实施实例中40cm粘贴条件下修正后应变传递率计算结果示意图。
具体实施方式
[0022]具体实施方式一：如图1所示，本实施方式披露了一种分布式光纤
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保护层
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粘贴层
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基体应变传递的计算方法，该方法包括以下步骤：
[0023]步骤一：根据所采用的分布式感测光缆截面参数，确定光纤复合保护层的刚度指标，构建核心光纤与复合保护层的剪切关系模型，计算核心光纤
‑
复合保护层的应变传递率；
[0024]步骤二：根据分布式感测光缆现场布设条件，确定分布式感测光缆粘贴层厚度及其剪切模量，计算基于剪滞理论的复合保护层
‑
粘贴层
‑
基体应变传递率；
[0025]步骤三：根据现场布设条件，建立分布式光纤传感的光纤
‑
复合保护层
‑
粘贴层
‑
基体数值模型，根据误差最小原则，修正计算步骤一和步骤二中应变传递率的剪滞参数，获得光纤
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复合保护层
‑
粘贴层
‑
基体的应变传递率修正后结果；
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤
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保护层
‑
粘贴层
‑
基体应变传递的计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：根据所采用的分布式感测光缆截面参数，确定光纤复合保护层的刚度指标，构建核心光纤与复合保护层的剪切关系模型，计算核心光纤
‑
复合保护层的应变传递率；步骤二：根据分布式感测光缆现场布设条件，确定分布式感测光缆粘贴层厚度及其剪切模量，计算基于剪滞理论的复合保护层
‑
粘贴层
‑
基体应变传递率；步骤三：根据现场布设条件，建立分布式光纤传感的光纤
‑
复合保护层
‑
粘贴层
‑
基体数值模型，根据误差最小原则，修正计算步骤一和步骤二中应变传递率的剪滞参数，获得光纤
‑
复合保护层
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粘贴层
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基体的应变传递率修正后结果；步骤四：分布式感测光缆现场安装完成后，测试得到光缆粘贴层厚度、宽度及长度指标，归纳分析光缆粘贴层参数指标的统计特征，并将上述统计特征代入步骤三，计算考虑光缆施工安装因素影响的光纤
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复合保护层
‑
粘贴层
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基体应变传递结果。2.根据权利要求1所述的分布式光纤传感的光纤
‑
复合保护层
‑
粘贴层
‑
基体应变传递计算方法，其特征在于，步骤一所述的核心光纤
‑
复合保护层应变传递率的计算方法为：步骤一一：以复合保护层中刚性层(即钢绞线)为分界，将复合保护层划分为内保护层
‑
刚性层
‑
外保护层结构，分层确定每一层截面尺寸和材料参数，构建核心光纤与复合保护层的剪切关系模型如式(1)所示，式中，r
f
为核心光纤轴心到核心光纤
‑
内保护层界面的径向距离，r
i
为核心光纤轴心到内保护层
‑
刚性层界面的径向距离，τ
f
为核心光纤
‑
内保护层界面处的剪应力，ε
f
为核心光纤正应变，τ
i,r
为内保护层中距光纤轴心距离r处某一界面的剪应力，E
f
、E
i
分别为核心光纤与内保护层的弹性模量，dx为光纤微段长度，G
i
为内保护层的剪切模量，u
f
、u
s
分别为核心光纤与刚性层的轴向变形；步骤一二：利用核心光纤与复合保护层的剪切关系模型，由式(2)计算核心光纤
‑
复合保护层应变传递率α1，式中，L为感测光缆粘贴长度，ε
s
为刚性层正应变，α1表示距粘贴端点x处的应变传递率，k1表示α1计算过程中的剪滞参数，cosh(
·
)表示双曲余弦函数。3.根据权利要求1所述的分布式光纤传感的光纤
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复合保护层
‑
粘贴层
‑
基体应变传递计算方法，其特征在于，步骤二所述的复合保护层
‑
粘贴层
‑
基体应变传递率计算方法为：步骤二一：确定感测光缆粘贴层的尺寸及材料属性，按照式(3)构建基于剪滞理论的复合保护层
‑
粘贴层
‑
基体应变传递模型，
式中，r
s
为核心光纤轴心到刚性层
‑
外保护层界面的径向距离，r
o
为核心光纤轴心到外保护层
‑
粘贴层界面的径向距离，r
a
为核心光纤轴心到粘贴层
‑
基体界面的径向距离，τ
s
为刚性层
‑
外保护层界面处的剪应力，ε
s
为刚性层正应变，τ
o,r
为外保护层中距光纤轴心距离r处某一界面的剪应力，τ
a,r
为粘贴层中距光纤轴心距离r处某一界面的剪应力，A
s
为刚性层横截面面积，D
a
为粘贴层宽度，E
s
、E
o
、E
a
分别为刚性层、外保护层、粘贴层的弹性模量，σ
s
、σ
o
、σ
a
分别为刚性层、外保护层、粘贴层的正应力，dx为光纤微段长度，G
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，徐乾恩，李虎，门燕青，黄永亮，
申请(专利权)人：济南轨道交通集团有限公司，
类型：发明
国别省市：