一种实现结构健康状态实时监测的声屏障及其设计方法技术

本发明专利技术涉及一种实现结构健康状态实时监测的声屏障及其设计方法，声屏障屏体内埋设有两根或两根以上的单模光纤，两根单模光纤共同组成埋设在声屏障屏体内的迈克尔逊干涉型光纤传感器，单模光纤的一端设置有端面镜，另一端连接至耦合器，耦合器连接有光源和解调器，光源经耦合器向端面镜发射激光，激光通过端面镜的反射后经耦合器至解调器。本发明专利技术的优点是：在保有声屏障的声学性能和力学性能的基础上，实现对声屏障结构健康状态的实时监测；不但实现单块声屏障屏体的结构健康度监测，还可同时实现一定长度范围内多块声屏障屏体的组合结构健康度监测；监测项目种类多，从而可有效且全面评估声屏障的结构健康状态。效且全面评估声屏障的结构健康状态。效且全面评估声屏障的结构健康状态。

【技术实现步骤摘要】
一种实现结构健康状态实时监测的声屏障及其设计方法


[0001]本专利技术涉及交通噪声治理
，尤其是一种实现结构健康状态实时监测的声屏障及其设计方法。

技术介绍

[0002]声屏障是解决轨道交通噪声问题的主要方法。声屏障安装于轨道交通高架线路经过居民集中分布区段。列车经过声屏障设置范围时，会频繁产生气动力风荷载，声屏障始终处于一吸一冲状态中，难免出现材质“疲劳”。螺栓、插板等固定部件易产生松动，最终导致声屏障变形、断裂或基础垮塌。如果没有及时发现，将引发安全事故，给车辆行驶造成事故。
[0003]因此，声屏障安装后交通运维部门，须经常对其基础、立柱结构稳定、表面损坏、构件防腐等进行现场检查。目前运维部门对声屏障螺栓检测频度通常为一季度一次，此频度虽能适应螺栓部件的松动老化周期，但对声屏障健康状态的检查不够及时和智能，并且也存在诸多操作难点。并且监测方法也多为人工目视抽检，受夜间可视条件限制，问题发现不够及时、全面。
[0004]专利技术专利“高速铁路声屏障健康指标管理评价系统和监测装置”，公开一种用于高速铁路声屏障健康度监测的指标管理评价系统，包括安全指标、运营指标和基础指标。通过检测声屏障的应力和角度偏移量，以及运行指标和基础指标，经专利中公开的分级模糊评价计算公式，得到声屏障的状态判断。关键的声屏障的应力和角度偏移量数据，通过安装在H 型钢中部的应变传感器，和H 型钢底部的角度传感器采集。传感器均安装在H型钢上，采集的数据为H 型钢及左右侧两跨声屏障结构的应力和角度结果，为间接表征屏体单元板的状态。当判断出现异常状态时，实际为H 型钢间接传递状态异常，无法具体定位出左右侧两跨屏体的具体异常位置，仍需运维人员现场检查。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种实现结构健康状态实时监测的声屏障及其设计方法，通过在声屏障屏体内埋设迈克尔逊干涉型光纤传感器并对其参考光纤和传感光纤的布局进行设计，实现对声屏障结构健康状态的监测以及定位，同时扩大监测范围和监测种类，提高声屏障结构健康状态评估的准确性和全面性。
[0006]本专利技术目的实现由以下技术方案完成：一种实现结构健康状态实时监测的声屏障，包括声屏障屏体，其特征在于：所述声屏障屏体内埋设有两根或两根以上的单模光纤，两根所述单模光纤共同组成埋设在所述声屏障屏体内的迈克尔逊干涉型光纤传感器，所述单模光纤的一端设置有端面镜，另一端连接至耦合器，所述耦合器连接有光源和解调器，所述光源经所述耦合器向所述端面镜发射激光，所述激光通过所述端面镜的反射后经所述耦合器至所述解调器。
[0007]包括若干所述声屏障屏体，若干所述声屏障屏体内分别埋设所述单模光纤，其中一根单模光纤布置于所述声屏障屏体的端部作为参考光纤，其余的单模光纤作为传感光纤
布置沿所述声屏障屏体的高度方向均匀间隔埋设。
[0008]若干所述声屏障屏体内的多根所述传感光纤共用一根所述参考光纤。
[0009]若干所述声屏障屏体内的所述传感光纤贯通设计，即一根或多根所述传感光纤穿设在若干所述声屏障屏体内，使若干所述声屏障屏体共用一根或多根所述传感光纤。
[0010]若干所述声屏障屏体之间设置有H型钢立柱，所述传感光纤的穿设是通过在所述H型钢立柱的对应高度位置开设相适配的开孔实现。
[0011]一种涉及上述实现结构健康状态实时监测的声屏障的设计方法，其特征在于：通过以下方式中的一种或两种及两种以上的方式组合实现对声屏障屏体结构健康状态的实时监测：通过在所述声屏障屏体的底端布置参考光纤，在所述声屏障屏体的中线位置水平布置传感光纤，利用光纤采集应变信号，判断所述声屏障屏体是否破裂或材料疲劳需要更换；通过在所述声屏障屏体的底端布置参考光纤，在若干所述声屏障屏体的最高处布置一条贯通若干所述声屏障屏体的传感光纤，利用光纤采集应变信号，检测若干声屏障屏体受荷载影响时的倾斜状态，判断所述声屏障屏体的立柱结构健康状态；通过在所述声屏障屏体的底部布置参考光纤，在若干所述声屏障屏体的相同高度位置布置多条贯通若干所述声屏障屏体的传感光纤，利用光纤采集应变信号，检测若干所述声屏障屏体的结构故障情况。
[0012]本专利技术的优点是：在保有声屏障的声学性能和力学性能的基础上，实现对声屏障结构健康状态的实时监测；不但实现单块声屏障屏体的结构健康度监测，还可同时实现一定长度范围内多块声屏障屏体的组合结构健康度监测；监测项目种类多，从而可有效且全面评估声屏障的结构健康状态；可定位声屏障故障发生的位置，便于后续检修工作的进行；结构简单合理，使用方便，实现精细化、智慧化管理，适于推广。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的应用结构示意图；图2为本专利技术的监测原理图；图3为本专利技术中单模光纤的结构示意图；图4为本专利技术为透明隔声板时的结构示意图；图5为本专利技术为金属声屏障单元板时的结构示意图；图6为本专利技术的一种布置结构图；图7为本专利技术的一种布置结构图。
具体实施方式
[0014]以下结合附图通过实施例对本专利技术特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：如图1
‑
7所示，图中标记1
‑
18分别表示为：声屏障屏体1、传感光纤2、参考光纤3、端面镜4、H型钢立柱5、耦合器6、光源7、解调器8、外接电源导线9、挡墙10、单模光纤11、传感光纤端面镜12、参考光纤端面镜13、光纤连接器14、透光玻璃15、装饰条纹16、穿孔面板17、纤
维保护层18。
[0015]实施例：如图1所示，本实施例中实现结构健康状态实时监测的声屏障包括声屏障屏体1，该声屏障屏体1起到吸隔声作用。声屏障屏体1的底部锚固在挡墙10上，声屏障屏体1的外围及相邻的声屏障屏体1之间设置有H型钢立柱5，该H型钢立柱5用于对声屏障屏体1进行支撑。
[0016]结合图1和图3所示，在声屏障屏体1的内部埋设有三条单模光纤11，这三条单模光纤包括布置在所述声屏障屏体1底部及挡墙10顶部的参考光纤3，以及布置在所述声屏障屏体1中部的两条传感光纤2，该两条传感光纤2及参考光纤3均沿声屏障屏体1的水平方向延伸布置且相互之间呈等间距布置。每条单模光纤11（包括传感光纤2和参考光纤3）的一端设置有端面镜4，另一端设置有光纤连接器14，传感光纤2和参考光纤3构成迈克尔逊干涉型光纤传感器。
[0017]两根传感光纤2和一根参考光纤3分别通过各自的光纤连接器14连接到耦合器6，该耦合器6连接光源7和解调器8，且在光源7与耦合器6之间的光路上设置有透镜12。如图2所示，在使用时，光源7可采用激光发生器，该激光发生器发出的激光进入耦合器6，耦合器6将该激光分成强度相等的多条光束，该多条光束的分束数量由与耦合器6连接的传感光纤2及参考光纤3的数量决定。分束得到的各个光束分别一一进入到各传感光纤2和参考光纤3之中；传感光纤2和参考光纤3中的光束分别经各自末端的传感光纤端面镜12、参考光纤端面镜13的反射后再经光纤返回耦合器6。参考光纤3中返回的参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现结构健康状态实时监测的声屏障，包括声屏障屏体，其特征在于：所述声屏障屏体内埋设有两根或两根以上的单模光纤，两根所述单模光纤共同组成埋设在所述声屏障屏体内的迈克尔逊干涉型光纤传感器，所述单模光纤的一端设置有端面镜，另一端连接至耦合器，所述耦合器连接有光源和解调器，所述光源经所述耦合器向所述端面镜发射激光，所述激光通过所述端面镜的反射后经所述耦合器至所述解调器。2.根据权利要求1所述的一种实现结构健康状态实时监测的声屏障，其特征在于：包括若干所述声屏障屏体，若干所述声屏障屏体内分别埋设所述单模光纤，其中一根单模光纤布置于所述声屏障屏体的端部作为参考光纤，其余的单模光纤作为传感光纤布置沿所述声屏障屏体的高度方向均匀间隔埋设。3.根据权利要求2所述的一种实现结构健康状态实时监测的声屏障，其特征在于：若干所述声屏障屏体内的多根所述传感光纤共用一根所述参考光纤。4.根据权利要求2所述的一种实现结构健康状态实时监测的声屏障，其特征在于：若干所述声屏障屏体内的所述传感光纤贯通设计，即一根或多根所述传感光纤穿设在若干所述声屏障屏体内，使若干所述声屏障屏体共用一根或...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜聃，范军琳，万雯，王飞翔，宋广林，王晨，
申请(专利权)人：中铁上海设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：