【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于古建筑健康状态检测，具体涉及一种古建筑大跨度横梁状态光纤监测装置。
技术介绍
1、大部分现存古建筑主要以木质为主，木质古建筑随着时间流逝，不可避免的会出现结构老化，材质腐蚀等问题。以往多采用传统电学传感器对古建筑进行健康状态检测，但电学传感器存在易受电磁干扰，电线受潮易短路，体积大不易安装，传感灵敏度低等问题，同时极端天气或突发情况导致电学传感器短路发生火灾，对古建筑造成的损害不可忽视。
2、光纤光栅作为一种无源传感器件，具有高精度，抗电磁干扰，体积小，易于安装，可分布式布置测量等优点，在古建筑健康状态检测领域的应用越来越普及。但目前的技术方案往往安装复杂，不宜拆卸，检测环境变量参数单一，随着时间的推移和环境的影响，传感器的精度在不断的下降，导致故障误报，传感器需要重新标定或更换，每次更换拆卸都有对木质古建筑造成损伤的风险。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有技术中存在的上述至少一个技术问题，提供了一种古建筑大跨度横梁状态光纤监测装置。
2、本专利技术采用如下的技术方案实现：一种古建筑大跨度横梁状态光纤监测装置，包括湿度监测模块、温度监测模块、应变监测模块、位移监测模块、光纤光栅解调仪和刻有光栅的光纤；
3、刻有光栅的光纤的铺设路径为：从横梁底面沿横梁环向铺设至横梁顶面，在横梁顶面沿横梁轴向铺设至目标距离，再沿横梁环向铺设至横梁底面，在横梁底面沿横梁轴向朝向起点位置铺设且中途具有多道分支；
4、湿度监测模块和温度监
5、光纤光栅解调仪发出的可调谐光源信号沿着刻有光栅的光纤依次射入位移监测模块、应变监测模块、温度监测模块和湿度监测模块中并产生光纤光栅光谱反射信号，各监测模块中的反射信号沿原路返回，经光纤光栅解调仪转换、解调后将得到的表示横梁状态的光纤光栅波长数据传输至上位机并将波长数据还原成横梁的位移、应变、温度和湿度数据。
6、优选地，横梁的两端环向贴合套设有两道光纤卡扣，湿度监测模块由湿敏材料涂层包裹湿度传感光栅组成，温度监测模块由金属导热材料包裹温度传感光栅组成，湿度传感光栅和温度传感光栅刻在刻有光栅的光纤上，刻有光栅的光纤的两个环形段分别固定在两道光纤卡扣的半环上，其中湿度传感光栅和温度传感光栅位于其中一道光纤卡扣的半环的1/3和2/3处。
7、优选地，横梁上环向贴合套设有多道传感器卡扣，传感器卡扣位于两道光纤卡扣间且上端具有供刻有光栅的光纤穿过的通道；应变监测模块包括多个沿横梁顶面间隔设置的应变光栅和两相向设置有端部结构，应变光栅刻在刻有光栅的光纤上并通过弹性材料涂层包裹。
8、优选地，端部结构位于应变光栅的外侧，包括弹性套管、加固管和弹性材料涂层，弹性套管紧密套设在加固管的一端，加固管的内部具有用于容置弹性材料涂层的卡槽，弹性套管和加固管上具有供刻有光栅的光纤穿过的通道。
9、优选地，任一传感器卡扣上均设置有一位移监测模块，位移监测模块包括位移检测光栅、弹性材料固定垫片、位移计绳索、活动拉杆、滑动隔板、滑轨、复位弹簧和位移计壳体，弹性材料固定垫片螺栓固定在位移计壳体内壁的左上角，滑轨安装在位移计壳体的内壁两侧且滑轨上滑动连接有滑动隔板，滑动隔板与位移计壳体的底部间固连有复位弹簧，滑动隔板的上表面一侧安装有能够左右摆动的活动拉杆，活动拉杆的上端通过弹性材料涂层与外侧的刻有光栅的光纤的分支连接，位移检测光栅刻在刻有光栅的光纤上且通过弹性材料涂层包裹，弹性材料涂层右端与活动拉杆垂直连接且左端穿出弹性材料固定垫片；位移计绳索固定在滑动隔板的上表面中间，位移计绳索穿过位移计壳体上端的挡板与房屋顶部连接。
10、优选地，传感器卡扣的半环的中部正面具有安装位移计壳体的槽体，3个位移监测模块分别位于横梁的左段、中部和右段，用于检测横梁左右两段和中部竖直方向的位移。
11、优选地，湿度传感光栅、温度传感光栅、应变光栅和位移检测光栅的温漂系数相同，金属导热材料将温度传导至温度传感光栅，温度传感光栅在提供温度状态监测的同时，也为其他光栅提供温度补偿。
12、优选地，刻有光栅的光纤布置在横梁的正面、顶面和底面，刻有光栅的光纤上除需弹性材料涂层、金属导热材料和湿敏材料涂层包裹的位置，其余位置均由橡胶材质的光纤保护套包裹。
13、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
14、本专利技术通过刻有光栅的光纤、多物理量的监测模块和光纤光栅解调仪，采用光纤波分复用技术和时分复用技术，使用一根光纤嵌入测量不同物理量不同波长的光栅，实现对古建筑横梁结构的多方向，压力，位移，温度，湿度参量的同时测量。采用温漂系数相同的光栅，测量横梁温度状态的同时，对其他光纤光栅实现温度漂移补偿，能够解决其他光栅的温漂问题，提高传感器精度；利用杠杆原理设计的位移检测模块可在横梁不同位置监测位移状态。本专利技术以光信号作为传感信号，在横梁木质结构监测点不涉及电信号和电路铺设，采用软性耐高温塑料材质卡扣与木质横梁结构紧凑贴合，实现对木质横梁的无伤安装和拆卸。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种古建筑大跨度横梁状态光纤监测装置，其特征在于：包括湿度监测模块、温度监测模块、应变监测模块、位移监测模块、光纤光栅解调仪(5)和刻有光栅的光纤(6)；
2.根据权利要求1所述的一种古建筑大跨度横梁状态光纤监测装置，其特征在于：横梁的两端环向贴合套设有两道光纤卡扣(8)，湿度监测模块由湿敏材料涂层(101)包裹湿度传感光栅(102)组成，温度监测模块由金属导热材料(201)包裹温度传感光栅(202)组成，湿度传感光栅(102)和温度传感光栅(202)刻在刻有光栅的光纤(6)上，刻有光栅的光纤(6)的两个环形段分别固定在两道光纤卡扣(8)的半环上，其中湿度传感光栅(102)和温度传感光栅(202)位于其中一道光纤卡扣(8)的半环的1/3和2/3处。
3.根据权利要求2所述的一种古建筑大跨度横梁状态光纤监测装置，其特征在于：横梁上环向贴合套设有多道传感器卡扣(9)，传感器卡扣(9)位于两道光纤卡扣(8)间且上端具有供刻有光栅的光纤(6)穿过的通道；应变监测模块包括多个沿横梁顶面间隔设置的应变光栅(301)和两相向设置有端部结构，应变光栅(301)刻在刻有
4.根据权利要求3所述的一种古建筑大跨度横梁状态光纤监测装置，其特征在于：端部结构位于应变光栅(301)的外侧，包括弹性套管(302)、加固管(303)和弹性材料涂层(10)，弹性套管(302)紧密套设在加固管(303)的一端，加固管(303)的内部具有用于容置弹性材料涂层(10)的卡槽，弹性套管(302)和加固管(303)上具有供刻有光栅的光纤(6)穿过的通道。
5.根据权利要求4所述的一种古建筑大跨度横梁状态光纤监测装置，其特征在于：任一传感器卡扣(9)上均设置有一位移监测模块，位移监测模块包括位移检测光栅(401)、弹性材料固定垫片(402)、位移计绳索(403)、活动拉杆(404)、滑动隔板(405)、滑轨(406)、复位弹簧(407)和位移计壳体(408)，弹性材料固定垫片(402)螺栓固定在位移计壳体(408)内壁的左上角，滑轨(406)安装在位移计壳体(408)的内壁两侧且滑轨(406)上滑动连接有滑动隔板(405)，滑动隔板(405)与位移计壳体(408)的底部间固连有复位弹簧(407)，滑动隔板(405)的上表面一侧安装有能够左右摆动的活动拉杆(404)，活动拉杆(404)的上端通过弹性材料涂层(10)与外侧的刻有光栅的光纤(6)的分支连接，位移检测光栅(401)刻在刻有光栅的光纤(6)上且通过弹性材料涂层(10)包裹，弹性材料涂层(10)右端与活动拉杆(404)垂直连接且左端穿出弹性材料固定垫片(402)；位移计绳索(403)固定在滑动隔板(405)的上表面中间，位移计绳索(403)穿过位移计壳体(408)上端的挡板与房屋顶部连接。
6.根据权利要求5所述的一种古建筑大跨度横梁状态光纤监测装置，其特征在于：传感器卡扣(9)的半环的中部正面具有安装位移计壳体(408)的槽体，3个位移监测模块分别位于横梁的左段、中部和右段，用于检测横梁左右两段和中部竖直方向的位移。
7.根据权利要求6所述的一种古建筑大跨度横梁状态光纤监测装置，其特征在于：湿度传感光栅(102)、温度传感光栅(202)、应变光栅(301)和位移检测光栅(401)的温漂系数相同，金属导热材料(201)将温度传导至温度传感光栅(202)，温度传感光栅(202)在提供温度状态监测的同时，也为其他光栅提供温度补偿。
8.根据权利要求7所述的一种古建筑大跨度横梁状态光纤监测装置，其特征在于：刻有光栅的光纤(6)布置在横梁的正面、顶面和底面，刻有光栅的光纤(6)上除需弹性材料涂层(10)、金属导热材料(201)和湿敏材料涂层(101)包裹的位置，其余位置均由橡胶材质的光纤保护套(11)包裹。
...【技术特征摘要】
1.一种古建筑大跨度横梁状态光纤监测装置，其特征在于：包括湿度监测模块、温度监测模块、应变监测模块、位移监测模块、光纤光栅解调仪(5)和刻有光栅的光纤(6)；
2.根据权利要求1所述的一种古建筑大跨度横梁状态光纤监测装置，其特征在于：横梁的两端环向贴合套设有两道光纤卡扣(8)，湿度监测模块由湿敏材料涂层(101)包裹湿度传感光栅(102)组成，温度监测模块由金属导热材料(201)包裹温度传感光栅(202)组成，湿度传感光栅(102)和温度传感光栅(202)刻在刻有光栅的光纤(6)上，刻有光栅的光纤(6)的两个环形段分别固定在两道光纤卡扣(8)的半环上，其中湿度传感光栅(102)和温度传感光栅(202)位于其中一道光纤卡扣(8)的半环的1/3和2/3处。
3.根据权利要求2所述的一种古建筑大跨度横梁状态光纤监测装置，其特征在于：横梁上环向贴合套设有多道传感器卡扣(9)，传感器卡扣(9)位于两道光纤卡扣(8)间且上端具有供刻有光栅的光纤(6)穿过的通道；应变监测模块包括多个沿横梁顶面间隔设置的应变光栅(301)和两相向设置有端部结构，应变光栅(301)刻在刻有光栅的光纤(6)上并通过弹性材料涂层(10)包裹。
4.根据权利要求3所述的一种古建筑大跨度横梁状态光纤监测装置，其特征在于：端部结构位于应变光栅(301)的外侧，包括弹性套管(302)、加固管(303)和弹性材料涂层(10)，弹性套管(302)紧密套设在加固管(303)的一端，加固管(303)的内部具有用于容置弹性材料涂层(10)的卡槽，弹性套管(302)和加固管(303)上具有供刻有光栅的光纤(6)穿过的通道。
5.根据权利要求4所述的一种古建筑大跨度横梁状态光纤监测装置，其特征在于：任一传感器卡扣(9)上均设置有一位移监测模块，位移监测模块包括位移检测光栅(401)、弹性材料固定垫片(402)、位移计绳索(403)、活动拉...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘昕，宋浩霖，靳宝全，路易，高妍，张红娟，王宇，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。