一种基于FBG光纤布拉格光栅的混凝土结构状态监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于FBG光纤布拉格光栅的混凝土结构状态监测系统，包括FBG光纤光栅应变传感器、FBG光纤光栅温度传感器、FBG光纤光栅加速度传感器、FBG光纤光栅传感解调仪、无线传输模块和云端服务器，FBG光纤光栅应变传感器用于将混凝土内部的测量信号传至FBG光纤光栅传感解调仪；FBG光纤光栅温度传感器用于测量混凝土的内外温度变化；FBG光纤光栅加速度传感器用于测量混凝土受到外力时的振动加速度；FBG光纤光栅传感解调仪用于解调测量信号从而得出混凝土内部的应变数据；无线传输模块用于将应变数据传至云端服务器；云端服务器用于远程控制FBG光纤光栅传感解调仪并接收无线传输模块上传的实时测量数据进行存储。收无线传输模块上传的实时测量数据进行存储。收无线传输模块上传的实时测量数据进行存储。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FBG光纤布拉格光栅的混凝土结构状态监测系统


[0001]本技术涉及混凝土结构健康监测领域，特别涉及一种基于FBG光纤布拉格光栅的混凝土结构状态监测系统。

技术介绍

[0002]在当今社会，混凝土是土木工程建设必不可少的材料，伴随混凝土应用的广泛性，混凝土结构健康备受人民关注；混凝土材料的不可逆性也使得专家与学者对混凝土结构的设计安全性格外重视，但在大型混凝土结构中，结构的复杂性与周期性负荷会对混凝土结构应力集中区产生破坏，混凝土结构产生裂纹等状况，极大的影响了结构的安全性。
[0003]混凝土一般可以分为荷载裂缝和变形裂缝。荷载裂缝又可以分为外荷载裂缝和荷载次应力裂缝；变形裂缝也可以分为材料自身变形裂缝和结构变形裂缝。在荷载作用下，结构的强度、刚度或稳定性不够而出现的裂缝称为荷载裂缝。这类裂缝主要是由于混凝土早期抗拉强度和弹性模量低，在外部荷载的作用下导致结构变形，从而出现裂缝。由于温度、收缩、不均匀沉降等所引起的裂缝称为变形裂缝。
[0004]现阶段的混凝土健康结构监测主要以视觉查看的方式进行监测，即观察混凝土表面状态确认混凝土的状态；对大型结构而言，大多是组合式混凝土结构施工，内部的混凝土构件多，力学结构复杂，内部结构损伤在外部没有明显伤痕；现有监测方法不能直观反映混凝土结构健康状态，对混凝土结构健康状态监测十分必要。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中的不足，本技术提供一种基于FBG光纤布拉格光栅的混凝土结构状态监测系统，有效规避现有监测方法的弊端，结合最新光纤光栅传感技术，在混凝土浇筑初期进行监测点的提前布置，从混凝土结构内部对结构健康进行监测，同时不影响结构的强度及结构的服役状态；装置使用光信号及无线网络进行数据的传输，具有极高的精准度，为结构健康安全提供数据支撑及保障。
[0006]为了达到上述技术目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]一种基于FBG光纤布拉格光栅的混凝土结构状态监测系统，包括FBG光纤光栅应变传感器、FBG光纤光栅温度传感器、FBG光纤光栅加速度传感器、FBG光纤光栅传感解调仪、无线传输模块和云端服务器，其中：
[0008]所述FBG光纤光栅应变传感器在混凝土浇筑之前预埋在需要监测的结构薄弱部位，一端通过光纤铠装线引出至混凝土结构外侧，另一端通过光纤铠装线与所述FBG光纤光栅传感解调仪连接，用于将混凝土结构内部的测量信号传送至所述FBG光纤光栅传感解调仪；
[0009]所述FBG光纤光栅温度传感器埋入混凝土结构的内部和/或安装于混凝土结构的表面，用于测量混凝土结构的内外温度变化并作为所述FBG光纤光栅应变传感器的温度补偿；
[0010]所述FBG光纤光栅加速度传感器安装于混凝土结构表面，用于测量混凝土结构受到外部激励作用时的振动加速度；
[0011]所述FBG光纤光栅传感解调仪与所述无线传输模块连接，用于对所述FBG光纤光栅应变传感器的测量信号进行解调从而得出混凝土结构内部的应变数据；
[0012]所述无线传输模块通过导线连接在所述FBG光纤光栅传感解调仪上或内置于所述FBG光纤光栅传感解调仪中，用于将混凝土结构内部的应变数据上传至所述云端服务器；
[0013]所述云端服务器通过所述无线传输模块与所述FBG光纤光栅传感解调仪通信连接，用于：
[0014]通过所述无线传输模块远程控制所述FBG光纤光栅传感解调仪的工作状态；
[0015]接收所述无线传输模块上传的实时测量数据并进行存储。
[0016]进一步的，还包括预制混凝土块，所述FBG光纤光栅应变传感器埋入与结构配合比相同的混凝土骨料中，根据混凝土结构特点制作模型，并将模型加工成预制混凝土块，用于在正式结构施工时将所述预制混凝土块安装在指定位置并将导线引出完成所述FBG光纤光栅应变传感器的预埋。
[0017]进一步的，所述FBG光纤光栅传感解调仪包括解调仪网络接口、解调仪电源接口、解调仪触摸式显示屏、解调仪光纤光栅接口和可充电锂电池，其中：
[0018]所述解调仪网络接口设置于所述FBG光纤光栅传感解调仪侧面，通过网线连接所述无线传输模块；
[0019]所述解调仪电源接口设置于所述FBG光纤光栅传感解调仪侧面，通过导线连接外部电源为内置于所述FBG光纤光栅传感解调仪内部的可充电锂电池充电；
[0020]所述解调仪触摸式显示屏设置于所述FBG光纤光栅传感解调仪的上表面，用于实时显示混凝土结构状态；
[0021]所述解调仪光纤光栅接口设置于所述FBG光纤光栅传感解调仪侧面，通过光纤铠装线连接所述FBG光纤光栅应变传感器。
[0022]进一步的，所述外部电源为太阳能发电模块，所述太阳能发电模块与FBG光纤光栅传感解调仪之间以电源导线连接，用于在户外阳光充裕的条件下为所述FBG光纤光栅传感解调仪的可充电锂电池进行供电。
[0023]进一步的，所述外部电源为风力发电模块，所述风力发电模块与FBG光纤光栅传感解调仪之间以电源导线连接，用于在隧道这种阳光照射不到的地方为所述FBG光纤光栅传感解调仪提供清洁能源。
[0024]进一步的，所述FBG光纤光栅应变传感器包括安装于混凝土结构内部光纤上的FBG光纤光栅传感点和FBG光纤光栅受力圆盘，所述FBG光纤光栅传感点受到挤压或者所述FBG光纤光栅受力圆盘在受力状态下，所述解调仪触摸式显示屏上实时显示相应的应变值。
[0025]优选的，所述FBG光纤光栅应变传感器可将多个FBG光纤光栅传感点固定在一个FBG光纤光栅应变传感器中，用于大型混凝土结构中；或，可将多个所述FBG光纤光栅应变传感器进行串联，以一根导线引出至混凝土结构外部。
[0026]优选的，所述无线传输模块根据工程区域的信号基站进行相应的更新，在偏远地区采用3G信号进行网络传输，在高度发达地区采用4G/5G信号进行网络传输。
[0027]本技术由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积
极效果：
[0028]本技术一种基于FBG光纤布拉格光栅的混凝土结构状态监测系统，在混凝土浇筑前，将FBG光纤光栅应变传感器预埋入结构薄弱部位，FBG光纤光栅应变传感器可根据混凝土结构进行定制设计，通过光纤铠装线将信号传输至FBG光纤光栅传感解调仪，并由通信传输装置将数据上传至云端服务器，通过平台系统的运算，对混凝土健康状态进行健康评估，实现远程控制及智能监测。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
[0030]图1是本技术一种基于FBG光纤布拉格光栅的混凝土结构状态监测系统的整体结构示意图；
[0031]图2是本技术中FBG光纤光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FBG光纤布拉格光栅的混凝土结构状态监测系统，其特征在于，包括FBG光纤光栅应变传感器、FBG光纤光栅温度传感器、FBG光纤光栅加速度传感器、FBG光纤光栅传感解调仪、无线传输模块和云端服务器，其中：所述FBG光纤光栅应变传感器在混凝土浇筑之前预埋在需要监测的结构薄弱部位，一端通过光纤铠装线引出至混凝土结构外侧，另一端通过光纤铠装线与所述FBG光纤光栅传感解调仪连接，用于将混凝土结构内部的测量信号传送至所述FBG光纤光栅传感解调仪；所述FBG光纤光栅温度传感器埋入混凝土结构的内部和/或安装于混凝土结构的表面，用于测量混凝土结构的内外温度变化并作为所述FBG光纤光栅应变传感器的温度补偿；所述FBG光纤光栅加速度传感器安装于混凝土结构表面，用于测量混凝土结构受到外部激励作用时的振动加速度；所述FBG光纤光栅传感解调仪与所述无线传输模块连接，用于对所述FBG光纤光栅应变传感器的测量信号进行解调从而得出混凝土结构内部的应变数据；所述无线传输模块通过导线连接在所述FBG光纤光栅传感解调仪上或内置于所述FBG光纤光栅传感解调仪中，用于将混凝土结构内部的应变数据上传至所述云端服务器；所述云端服务器通过所述无线传输模块与所述FBG光纤光栅传感解调仪通信连接，用于：通过所述无线传输模块远程控制所述FBG光纤光栅传感解调仪的工作状态；接收所述无线传输模块上传的实时测量数据并进行存储。2.根据权利要求1所述的一种基于FBG光纤布拉格光栅的混凝土结构状态监测系统，其特征在于，还包括预制混凝土块，所述FBG光纤光栅应变传感器埋入与结构配合比相同的混凝土骨料中，根据混凝土结构特点制作模型，并将模型加工成预制混凝土块，用于在正式结构施工时将所述预制混凝土块安装在指定位置并将导线引出完成所述FBG光纤光栅应变传感器的预埋。3.根据权利要求1所述的一种基于FBG光纤布拉格光栅的混凝土结构状态监测系统，其特征在于，所述FBG光纤光栅传感解调仪包括解调仪网络接口、解调仪电源接口、解调仪触摸式显示屏、解调仪光纤光栅接口和可充电锂电池，其中：所述解调仪网络接口设置于所述FBG...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晓强，李俊奇，汤晓光，杨彦海，贾大鹏，李培刚，邹振忠，兰才昊，吴梦笛，余飞，唐家辉，朱立伟，
申请(专利权)人：中国铁路建设管理有限公司，
类型：新型
国别省市：