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光纤光栅结构健康监测系统

发布时间:2020/06/17 10:05:33 人气: 来源:未知
案例介绍
        现代大型工程结构,例如桥梁、大跨空间结构、高层建筑、水利工程、地下工程等,因受环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的耦合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减,从而抵抗自然灾害、甚至正常环境作用的能力下降,极端情况下引发灾难性的突发事故。因此,许多重大工程结构和设施急需采用有效的手段监测和评定其安全状况、修复和控制损伤。

光纤光栅结构健康监测系统是利用现场的无损传感与结构系统特性分析(包括结构反应)、探测结构的变化,揭示结构损伤与结构性能劣化。对结构的应变、加速度、速度、位移、渗压等参数的监测。在结构损伤出现教早时期发现损伤,在传感器允许的情况下结合损伤识别技术确定损伤的位置,评估损伤程度,预测剩余的有效寿命。

系统特点:

耐久性好,适于长期监测;

无火花,适于特殊监测领域;

既可以实现点测量,也可以实现准分布式测量;

检出量是波长信息,因此不受接头损失、光沿程损失等因素的影响;

对环境干扰不敏感,抗电磁干扰;

波长编码,可以方便实现绝对测量;

单位长度上信号衰减小,信号、数据可多路传输,便于与计算机连接;

灵敏度高,精度高;

光纤光栅尺寸小,测量值空间分辨率高;

输出线性范围宽,在5000微应变范围内波长移动与应变有良好的线性关系;

频带宽,信噪比高等;

 系统指标:

    

    

单通道传感器

5-18(根据传感器量程定)

通道数量

1-64

测温范围

-40℃~+200

测温精度

±0.5

测温分辨率

0.1

应变量程

±1000με(可定制±2000με±3000με)

应变分辨率

0.05% F.S.

应变精度

1% F.S.

位移量程

0-100mm (可定制)

位移分辨率

0.05% F.S.

位移精度

0.5% F.S.

压力量程

0-100mm (可定制)

压力分辨率

0.05% F.S.

压力精度

0.5% F.S.

供电方式

AC220V /50Hz

通讯接口

RS232/10M以太网

系统软件

基于Windows操作系统

应用领域:

桥梁结构监测

大坝安全监测

隧道安全监测

煤矿安全监测

桩基应变、应力监测

边坡监测

 

桥梁结构健康监测系统

在众多的传感器种类中,用多个光纤光栅传感器可构成多路和分布式传感器等各种形式的光纤传感网络等优点,使它正在成为传感器领域中新的研究方向。光纤光栅传感器所具有的独特的技术优势使其非常适合用于桥梁大结构工程的监测。

桥梁结构健康监测的大规模光纤光栅传感网络与集成系统一般由各类光纤光栅传感器、光纤光栅分析仪、光纤连接器、传输光缆、系统软件等部分组成。

现场图片:

 

 

              

    钢表面应变计安装图片                                  FBGS002贴片应变安装图片

      
         混凝土表面应变计安装图片
                              锚索测力计安装图片
            

混凝土埋入应变计                                              钢筋计安装图片

 

大坝安全监测系统

光纤光栅大坝安全监测系统在坝体内的光纤光栅传感器无需供电,各种类型传感器可串连使用,构成监测网络,现场传感器与监控室内光纤光栅分析仪之间的数据均采用光纤传输,抗干扰能力远高于电缆,且不怕雷击。

监测内容:

大坝失事的主要原因是坝体、坝基内部应力和扬压力超出设计限度,表现为出现裂缝、坝体位移量过大和不均匀以及渗水等。主要观测项目有变形、应力、温度、渗流量、扬压力和伸缩缝等。

应用优势:

可实现分布式测量,连续得到沿着探测光缆数公里的测量信息。捕捉到的渗漏、变形、裂缝信息量大,为坝体和坝基安全监测人员提供科学的数据。可对渗漏点、裂缝点进行精确的定位。采用全光监测方式,防雷击,抗电磁干扰。

传感器类型:

根据监测内容,可采用光纤光栅传感器包括:

序号

传感器类型

型号

监测内容

1

光纤光栅温度计

FBGTO001

坝体混凝土内部温度

2

光纤光栅埋入应变计

FBGS003

坝体混凝土内部应变

3

光纤光栅钢筋计

FBGS004

坝体内部应力

4

光纤光栅渗压计

FBGP001

坝体与坝基渗流压力

5

光纤光栅裂缝计

光纤光栅多点位移计

FBGD001

FBGD002

坝体与坝基变形、沉降、裂缝开合度

 桥梁结构健康监测系统

基于光纤光栅传感系统的隧道健康监测系统是一个以隧道结构为平台,应用新型光纤光栅传感技术,对隧道上关键部位的结构变形、环境温度分布、地下水位、结构振动等多项参数进行实时监测的综合监测系统,它能够实时监测隧道在各种环境、荷载等因素作用下的结构响应,并能有效地提供隧道养护管理的科学依据,显著提高隧道的整体管理水平,从而能够最大限度地确保隧道安全运营,预诊断隧道病害和延长隧道使用寿命。这种监测方法的突出优点就是改变了传统的点式监测方式,弥补了点式监测的不足,实现了实时、长距离和分布式的监测目标。

传感器布设示意图:

 监测内容及传感器选型:

编号

项目名称

传感器类型

要 求 及 目 的

1

洞内位移监测

收敛计

根据位移、收敛状况、断面变形状态等判断:

① 周边围岩体的稳定性;

② 初期支护的设计与施工方法是否妥善;

③ 二次衬砌的浇注时间等。

2

围岩内部位移监测

钻孔安设多点位移计

通过测定围岩内部不同位置的位移,建立其深度的关系曲线,判断:①开挖后围岩的松动区、强度下降区和弹性区范围;②锚杆长度的适宜性;③对相邻隧道施工影响。

3

锚杆轴力监测

钢筋应力计

根据锚杆所承受的拉力,判断锚杆布置是否合理。了解围岩内部应力的分布情况。

4

喷砼应力监测

应力计

了解初期支护对围岩的支护效果;了解初期支护的实际承载情况及分担围岩压力情况;

5

围岩压力监测

土压力计

判断复合式衬砌中围岩荷载大小,判断初期支护与二次衬砌各自分担围岩压力情况。

6

钢拱架应力监      

钢筋应力计

量测钢拱架应力,推断作用在钢拱架上的压力大小。判断钢拱架尺寸、间距及设置钢拱架的必要性。

7

隧洞外荷载监测

渗压计

外水压力、围岩压力

 

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