本發(fā)明涉及一種去溫度干擾的傳感光纖監(jiān)測裝置及使用方法，屬于水工程安全健康監(jiān)測領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光纖傳感技術(shù)是近幾十年所發(fā)展起來的一種新型的傳感技術(shù)，它以光波為傳感信號，以光纖為傳輸載體，感知和探測外界被測信號，在傳感方式、傳感原理以及信號的探測與處理等方面都具有傳統(tǒng)電學(xué)傳感器所沒有的優(yōu)勢，與傳統(tǒng)的傳感元件相比，光纖傳感技術(shù)具有抗電磁干擾、抗化學(xué)腐蝕、抗輻射性能好、且本身不帶電、體積小、質(zhì)量輕、容易彎曲等優(yōu)勢。

當(dāng)傳感光纖在受到外界應(yīng)力、溫度等環(huán)境因素作用時，光纖中傳輸?shù)墓獠O容易受到這些外在場或者量的調(diào)制，進而會發(fā)生光波表征參量的變化，比如光強度、相位、頻率、偏振態(tài)等的變化，通過監(jiān)測這些信息的變化可以獲取外界被測參量的信息，但是這也給傳感光纖的監(jiān)測帶來了巨大困擾。因為若通過光纖光波表征參量的變化無法確定外界是何種因素進行的干擾和影響，那就不能很好地對各個環(huán)境因素進行單一的分析，亦無法辨識各影響因素所占的比重，也不能很好地有針對性地進行評估，因此，需要考慮建立一種事前濾去某些外部因素的儀器設(shè)備。

最常見的即為應(yīng)力與溫度的互干擾影響，在很多情況下僅需考慮單一應(yīng)力情況，但實際中溫度影響多極為明顯。當(dāng)前諸多去溫度干擾或溫度補償?shù)氖侄螛O為不準(zhǔn)確，且沒有較為合理的方案，方法過于粗簡，因此，研制一種可去溫度干擾的傳感光纖監(jiān)測裝置顯得極為重要。

在實際工作環(huán)境下單純獲取結(jié)構(gòu)體的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值時，較難避免結(jié)構(gòu)體外界與內(nèi)部溫度的影響。對于待測結(jié)構(gòu)體而言，外界多復(fù)雜因素的干擾導(dǎo)致待測結(jié)構(gòu)體表征出多種復(fù)雜的外部信息，且該外部信息為待測結(jié)構(gòu)體內(nèi)部信息的融合體，根據(jù)所提取出來的外部信息，即使使用了很多先進的數(shù)據(jù)優(yōu)化算法，亦較難準(zhǔn)確地分離與辨識內(nèi)內(nèi)隱在結(jié)構(gòu)體內(nèi)反映結(jié)構(gòu)體的各種信息，這就需要從監(jiān)測裝置出發(fā)，研究一種可以去除某些干擾因素的監(jiān)測儀器設(shè)備。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種去溫度干擾的傳感光纖監(jiān)測裝置及使用方法，從監(jiān)測層面上去除溫度干擾影響，即融合構(gòu)建了溫度補償用復(fù)合材料平槽模塊，監(jiān)測精度高。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種去溫度干擾的傳感光纖監(jiān)測裝置，包括真空腔模塊、復(fù)合材料平槽模塊和端口固纖模塊，真空腔模塊與復(fù)合材料平槽模塊連接，端口固纖模塊與真空腔模塊通過四角塞體相連接，傳感光纖依次穿過復(fù)合材料平槽模塊、真空腔模塊和端口固纖模塊，所述真空腔模塊、復(fù)合材料平槽模塊和端口固纖模塊均固定在安裝管內(nèi)，安裝管位于去溫底臺上；

所述復(fù)合材料平槽模塊包括特種復(fù)合材料制成的圓柱體，圓柱體中心設(shè)有傳感光纖穿過的通孔，在圓柱體頂部設(shè)有壓蓋，壓蓋中心設(shè)有對凹形注膠槽；

所述真空腔模塊包含真空腔和彈性緊固外環(huán)，所述真空腔的一端與蓋板連接，蓋板通過膠水固定在安裝管內(nèi)，另一端與彈性緊固外環(huán)連接，所述彈性緊固外環(huán)中心設(shè)有圓孔，圓孔內(nèi)設(shè)有硬質(zhì)護纖外層，彈性緊固外環(huán)的底端設(shè)有圓錐孔，圓錐孔內(nèi)安裝有四角塞體，四角塞體延伸有圓柱凸臺，圓柱凸臺位于硬質(zhì)護纖外層內(nèi)，圓柱凸臺內(nèi)穿過傳感光纖，真空腔與位于安裝管外的抽真空裝置連接，傳感光纖依次穿過蓋板、真空腔和四角塞體；

所述端口固纖模塊包括左弧壓體和右弧壓體，所述左弧壓體和右弧壓體的一端分別與彈性緊固外環(huán)的底端鉸接，左弧壓體和右弧壓體的另一端分別延伸有凸臺，凸臺上設(shè)有連接裝置，所述左弧壓體和右弧壓體的弧形面相對設(shè)置，左弧壓體和右弧壓體形成弧壓空腔，弧壓空腔中穿過傳感光纖。

作為優(yōu)選，所述抽真空裝置包含真空泵和氣閥，真空腔通過管道與氣閥連接，氣閥上安裝有真空泵。

作為優(yōu)選，所述管道上安裝有真空度傳感器。

作為優(yōu)選，所述連接裝置包含框橫連軸，兩個凸臺上均設(shè)有通孔，框橫連軸穿過兩個通孔后通過松緊控帽鎖緊。

作為優(yōu)選，所述圓柱體的熱膨脹系數(shù)和圓柱體中傳感光纖的熱膨脹系數(shù)之差與該對應(yīng)段傳感光纖應(yīng)變值的乘積的數(shù)值不超過1.03倍該對應(yīng)段傳感光纖的溫度系數(shù)數(shù)值。

作為優(yōu)選，所述去溫底臺的兩側(cè)均設(shè)有卡槽。

一種上述的去溫度干擾的傳感光纖監(jiān)測裝置的使用方法，包括以下步驟：

第一步，配置一根用于分布式監(jiān)測的傳感光纖，首先將傳感光纖依次通過端口固纖模塊、真空腔模塊、復(fù)合材料平槽模塊，后將引出的傳感光纖引至第二個去溫度干擾的傳感光纖監(jiān)測裝置中，并且依次經(jīng)過復(fù)合材料平槽模塊、真空腔模塊和端口固纖模塊；

第二步，通過框橫連軸將兩個凸臺串聯(lián)到框橫連軸上，轉(zhuǎn)動框橫連軸上的松緊控帽，控制松緊控帽向內(nèi)轉(zhuǎn)動，通過左弧壓體和右弧壓體中間凸起部位將傳感光纖固定到弧壓空腔中，以形成振弦的形式；

第三步，由內(nèi)到外配置硬質(zhì)護纖外層、彈性緊固外環(huán)，將蓋板通過膠水固定在安裝管內(nèi)形成密閉的空腔，通過注膠也將蓋板上的傳感光纖進行固定，此時該真空腔段處于外界無溫度干擾的狀態(tài)，其獲取的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值為去溫度影響之后的數(shù)值，將其記錄為其第一次無溫度干擾傳感光纖監(jiān)測應(yīng)變數(shù)值；

第四步，在蓋板上放置圓柱體，且該圓柱體的特種復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)和特種復(fù)合材料中傳感光纖的熱膨脹系數(shù)之差與該對應(yīng)段傳感光纖應(yīng)變值的乘積不超過1.03倍的該對應(yīng)段傳感光纖的溫度系數(shù)，在對凹形注膠槽中注入膠水，使得通過該處的傳感光纖被固定，此時該圓柱體內(nèi)的傳感光纖所獲取的外界荷載所產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值為去溫度影響之后的數(shù)值，將其記錄為其第二次無溫度干擾傳感光纖監(jiān)測應(yīng)變數(shù)值；

第五步，求取真空腔與圓柱體內(nèi)的傳感光纖所監(jiān)測到外界荷載所產(chǎn)生的應(yīng)變數(shù)值平均值，重復(fù)第三步與第四步，得出若干組應(yīng)變數(shù)值平均值，應(yīng)變數(shù)值平均值的結(jié)果符合正態(tài)分布的規(guī)律，將處于最大概率處所對應(yīng)的數(shù)值，作為最終監(jiān)測結(jié)果。

本發(fā)明構(gòu)建了溫度補償用復(fù)合材料平槽模塊，首創(chuàng)提出了無溫度干擾的真空腔模塊，并將真空腔模塊和復(fù)合材料平槽模塊進行組裝，研制了多模塊互校正的傳感光纖監(jiān)測裝置，其通過多層級的互校正，達到了高效去溫度干擾的效果，可為真實監(jiān)測實際結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變性態(tài)提供重要的保障。

傳感光纖監(jiān)測布設(shè)形式有多樣，有點式監(jiān)測，有分布式監(jiān)測，本處是針對的分布式監(jiān)測，需要大范圍布設(shè)傳感光纖，在需要布設(shè)的傳感光纖中就需要很多承載傳感光纖的本發(fā)明裝置，因此，需要連接多個本裝置，可以放在混凝土表面也可放在內(nèi)部。

有益效果：本發(fā)明的一種去溫度干擾的傳感光纖監(jiān)測裝置，突破傳統(tǒng)意義上去溫度干擾的思路，融合構(gòu)建了溫度補償用復(fù)合材料平槽模塊，首創(chuàng)提出了無溫度干擾真空腔模塊，創(chuàng)造性地將真空腔模塊和復(fù)合材料平槽模塊進行集成應(yīng)用，研制了基于多模塊互校正去溫度干擾技術(shù)的傳感光纖監(jiān)測裝置，其從監(jiān)測層面上去除傳感光纖溫度干擾的影響，可較為真實地反映待測結(jié)構(gòu)體內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變性態(tài)，且結(jié)構(gòu)簡單、布設(shè)方便、操作靈活，極大提升了分布式傳感光纖技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用和推廣能力，具有極高的實際工程應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的主視圖；

圖2為圖1的剖視圖。

其中：200-左弧壓尖柄、201-右弧壓尖柄、202-松緊控帽、203-框橫連軸、204-左弧壓體、205-右弧壓體、206-傳感光纖、207-弧壓空腔、208-四角塞體、209-硬質(zhì)護纖外層、210-右連接卡槽、212-彈性緊固外環(huán)、214-氣閥、215-真空泵、216-真空腔、217-蓋板、218-壓蓋、219-圓柱體、220-對凹形注膠槽、221-左連接卡槽、222-卡槽固定栓，223-去溫底臺。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種去溫度干擾的傳感光纖監(jiān)測裝置，包括真空腔模塊、復(fù)合材料平槽模塊、端口固纖模塊，真空腔模塊與復(fù)合材料平槽模塊通過邊長為2cm的蓋板217連接，端口固纖模塊與真空腔模塊通過各頂點間長度2cm的四角塞體相連接，復(fù)合材料平槽模塊通過長度為30cm、高度為5cm、寬度20cm的去溫底臺與端口固纖模塊相連接，相鄰的兩個去溫度干擾的傳感光纖監(jiān)測裝置通過長度30cm、寬度4cm的左連接卡槽221、長度30cm、寬度4cm的右連接卡槽210和高度為6cm、直徑為1cm的卡槽固定栓222進行連接。

真空腔模塊中從內(nèi)到外依次覆蓋在GJJV型號緊套傳感光纖206外面的分別為TPU型硬質(zhì)護纖外層209、直徑5cm的TPEE型的彈性緊固外環(huán)212，TPU型硬質(zhì)護纖外層209主要是將GJJV型號緊套傳感光纖206有效地固定在長度10cm、直徑5cm的真空腔模塊中，TPEE型彈性緊固外環(huán)212的作用主要是保護硬質(zhì)護纖外層209，TPEE型的彈性緊固外環(huán)212與蓋板217形成一個空腔結(jié)構(gòu)，即為長度10cm、直徑5cm的真空腔216。真空腔216與安裝管外的抽真空裝置連接，抽真空裝置包含真空泵215和氣閥214，真空腔216通過管道與氣閥214連接，氣閥上安裝有真空泵215，所述管道上安裝有真空度傳感器。通過真空傳感器檢測真空腔216內(nèi)的真空度，當(dāng)真空腔216內(nèi)的真空度達到要求時，真空泵215停止工作，關(guān)閉氣閥。

復(fù)合材料平槽模塊中特種復(fù)合材料制成的圓柱體219的材質(zhì)取為特種性能樹脂基復(fù)合材料，在特種性能樹脂基復(fù)合材料材質(zhì)的圓柱體219的末端布設(shè)有圓弧形的對凹形注膠槽220，在本實例中，安裝管中內(nèi)嵌有特種性能樹脂基復(fù)合材料的特種復(fù)合材料219，且規(guī)定特種性能樹脂基復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)與特種性能樹脂基復(fù)合材料中GJJV型號緊套傳感光纖206的熱膨脹系數(shù)之差與該對應(yīng)段GJJV型號緊套傳感光纖206應(yīng)變值的乘積等于該對應(yīng)段GJJV型號緊套傳感光纖206的溫度系數(shù)。

端口固纖模塊中左弧壓體204和右弧壓體205均為硬質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)體，其弧度為π/3，左弧壓體204和右弧壓體205為中間凸起而兩端下凹的結(jié)構(gòu)，兩個凸臺為左弧壓尖柄200和右弧壓尖柄201，左弧壓尖柄200和右弧壓尖柄201為長度為2cm、寬度為1cm的長方體，且框橫連軸203為直徑2cm、長度為8cm的圓柱形結(jié)構(gòu)形式，松緊控帽202的內(nèi)徑為2cm、外徑為2.5cm，內(nèi)徑2cm、外徑2.5cm的松緊控帽202可以控制直徑2cm、長度8cm的框橫連軸203上左弧壓尖柄200和右弧壓尖柄201的運動，進而，通過左弧壓體204和右弧壓體205的凸起結(jié)構(gòu)將GJJV型號緊套傳感光纖206固定在弧壓空腔中。

一種如上述的去溫度干擾的傳感光纖監(jiān)測裝置的使用方法，包括以下步驟：

(1)確定裝置的個數(shù)及傳感光纖的長度

本水工混凝土建筑表面待監(jiān)測的區(qū)域為100m×100m的平面區(qū)域，本裝置的使用狀態(tài)如圖1所示，在平面區(qū)域平躺放置，計劃使用500m長的傳感光纖，且基于當(dāng)時結(jié)構(gòu)體以前的監(jiān)測情況以及施工狀態(tài)，將確定在500m的傳感光纖中使用10個本裝置，為了更好地描述本裝置的運行細(xì)節(jié)，優(yōu)先選用其中一個裝置進行細(xì)致論述；

(2)配置裝置中各個模塊

首先，根據(jù)本發(fā)明裝置的基本結(jié)構(gòu)，將真空腔模塊、復(fù)合材料平槽模塊、端口固纖模塊進行裝配，并且準(zhǔn)備一定數(shù)量的GJJV型號緊套傳感光纖206，基本配置原則是先端口固纖模塊，其次真空腔模塊，后復(fù)合材料平槽模塊，而對于每一個模塊而言，主要采用從下到上，從左到右的原則進行配置；

(3)穿引傳感光纖且進行初始固定

將GJJV型號緊套傳感光纖206依次通過端口固纖模塊、真空腔模塊、復(fù)合材料平槽模塊中的各個部件，轉(zhuǎn)動直徑2cm、長度8cm的框橫連軸203將長度為2cm、寬度為1cm的左弧壓尖柄200和長度為2cm、寬度為1cm的右弧壓尖柄201串聯(lián)到直徑2cm、長度8cm的框橫連軸203上，轉(zhuǎn)動框橫連軸203上的內(nèi)徑2cm、外徑2.5cm的松緊控帽202，控制松緊控帽202向內(nèi)轉(zhuǎn)動，通過弧度為π/3的左弧壓體204和弧度為π/3的右弧壓體205中間凸起的部位將GJJV型號緊套傳感光纖206固定到弧壓空腔207中；

(4)獲取第一次無溫度干擾傳感光纖監(jiān)測數(shù)值

通過膠水將蓋板固定在安裝管內(nèi)，并在蓋板上傳感光纖穿過的孔內(nèi)注入膠水，形成密閉的空腔，此時該真空腔段GJJV型號緊套傳感光纖206處于外界無溫度干擾的狀態(tài)，將其記錄為其第一次無溫度干擾傳感光纖監(jiān)測應(yīng)變數(shù)值；

(5)獲取第二次無溫度干擾傳感光纖監(jiān)測數(shù)值

安裝管中的特種性能樹脂基復(fù)合材料制成的圓柱體219的熱膨脹系數(shù)與特種性能樹脂基復(fù)合材料的圓柱體219中GJJV型號緊套傳感光纖206的熱膨脹系數(shù)之差與該對應(yīng)段GJJV型號緊套傳感光纖206應(yīng)變值的乘積等于該對應(yīng)段GJJV型號緊套傳感光纖206的溫度系數(shù)，并在圓弧形的對凹形注膠槽中注入快凝膠水，使得真空腔216為全真空或者準(zhǔn)真空狀態(tài)，且通過該處的GJJV型號緊套傳感光纖206也被固定，此時該圓柱體219的GJJV型號緊套傳感光纖206所獲取的外界荷載所產(chǎn)生的應(yīng)變數(shù)值為去溫度影響之后的數(shù)值，將其記錄為其第二次無溫度干擾傳感光纖監(jiān)測應(yīng)變數(shù)值；

(6)獲取最終無溫度干擾傳感光纖監(jiān)測數(shù)值

求取真空腔與圓柱體219的傳感光纖所監(jiān)測到外界荷載所產(chǎn)生的應(yīng)變數(shù)值平均值，不斷的重復(fù)第(4)步與第(5)步密封其它本裝置，真空腔216與圓柱體219的GJJV型號緊套傳感光纖206所監(jiān)測到外界荷載所產(chǎn)生的應(yīng)變數(shù)值平均值的結(jié)果符合正態(tài)分布的規(guī)律，將處于最大概率所對應(yīng)的數(shù)值，作為最終監(jiān)測結(jié)果。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。