本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用分布式裸光纖光柵進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的方法。

背景技術(shù)：

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用于土木工程的重大或復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以輔助對結(jié)構(gòu)安全狀況進(jìn)行判斷。古建筑的健康監(jiān)測研究不僅是為古建筑加固保護(hù)提供定性與定量分析的工具，也是古建筑遺產(chǎn)管理工作的重要組成部分。根據(jù)世界文化遺產(chǎn)委員會以及我國政府對世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測工作的要求，古建筑的健康監(jiān)測與保護(hù)是勢在必行的。

傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法有：人工巡視、大地測量法、三維激光掃描技術(shù)、電測法等。光纖光柵監(jiān)測技術(shù)受到了越來越多的土木工程健康監(jiān)測行業(yè)的肯定，特別是在保護(hù)建筑的健康監(jiān)測方面，提高結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性，并延長其使用期限等，光纖光柵監(jiān)測技術(shù)發(fā)揮著重要的作用。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中還沒有一種有效地利用光纖光柵對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種應(yīng)用分布式裸光纖光柵進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的方法，以實(shí)現(xiàn)有效地對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

一種應(yīng)用分布式裸光纖光柵進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的方法，包括：

在建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件表面選定監(jiān)測點(diǎn)，根據(jù)所有的監(jiān)測點(diǎn)設(shè)定光纖布置路徑，在所述光纖布置路徑上布設(shè)光纖；

在所述光纖上設(shè)置分布式裸光纖光柵傳感器，所述分布式裸光纖光柵傳感器與所述監(jiān)測點(diǎn)對應(yīng)；

將所有分布式裸光纖光柵傳感器組成網(wǎng)絡(luò)，通過所述分布式裸光纖光柵傳感器感知和記錄所述建筑結(jié)構(gòu)的溫度和應(yīng)變變化。

進(jìn)一步地，所述光纖為裸光纖，所述光纖光柵傳感器為裸光纖光柵。

進(jìn)一步地，根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量以及監(jiān)測點(diǎn)之間的距離參數(shù)，在所述分布式裸光纖上刻制與對應(yīng)監(jiān)測點(diǎn)相同參數(shù)的布拉格光柵。

進(jìn)一步地，所述監(jiān)測點(diǎn)包括變形控制監(jiān)測點(diǎn)和溫度控制監(jiān)測點(diǎn)。

進(jìn)一步地，采用膠粘劑將所述分布式裸光纖光柵在對應(yīng)的在監(jiān)測點(diǎn)處與建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件粘結(jié)固定。

進(jìn)一步地，整個(gè)光纖只粘結(jié)裸光纖光柵部分，作為信號傳輸?shù)某寺愎饫w光柵部分之外的其它部分無需粘結(jié)。

由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明適用于環(huán)境穩(wěn)定的古建筑結(jié)構(gòu)中；且適用于狹窄空間或不規(guī)則結(jié)構(gòu)構(gòu)件的監(jiān)測中；同時(shí)適用于構(gòu)件復(fù)雜且旅游觀光頻繁，要求監(jiān)測損傷輕微的古建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件(例如圖案精美、花紋復(fù)雜的木梁或木柱)中。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的應(yīng)用裸光纖光柵對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測的示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的監(jiān)測點(diǎn)選取示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的測點(diǎn)光纖布設(shè)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的整體結(jié)構(gòu)的監(jiān)測點(diǎn)處光纖點(diǎn)粘結(jié)示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的局部單個(gè)的監(jiān)測點(diǎn)處光纖點(diǎn)粘結(jié)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時(shí)，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

為便于對本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個(gè)具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步的解釋說明，且各個(gè)實(shí)施例并不構(gòu)成對本發(fā)明實(shí)施例的限定。

實(shí)施例一

本發(fā)明實(shí)施例為了克服傳統(tǒng)的監(jiān)測方法的不足，針對特定建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測需求，提供了一種微損傷前提下，采用裸光纖光柵傳感器監(jiān)測結(jié)構(gòu)構(gòu)件特定監(jiān)測點(diǎn)，達(dá)到監(jiān)測結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形與溫度目地的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法。

本發(fā)明實(shí)施例提出的應(yīng)用分布式裸光纖光柵進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的方法包括：先在需要進(jìn)行健康監(jiān)測的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件(如梁柱等)表面上選取具有代表性的一定數(shù)量的監(jiān)測點(diǎn)，并且根據(jù)這些監(jiān)測點(diǎn)的應(yīng)變或溫度監(jiān)測可得到構(gòu)件的變形或溫度變化。根據(jù)所有的監(jiān)測點(diǎn)設(shè)定光纖布置路徑，在所述光纖布置路徑上布設(shè)光纖；在所述光纖上設(shè)置分布式裸光纖光柵傳感器，所述分布式裸光纖光柵傳感器與所述監(jiān)測點(diǎn)對應(yīng)。然后，將所有分布式裸光纖光柵傳感器組成網(wǎng)絡(luò)，匯成全方位的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，通過所述分布式裸光纖光柵傳感器感知和記錄所述建筑結(jié)構(gòu)的溫度和應(yīng)變變化。

在實(shí)際應(yīng)用中，可以對需要測量的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件，選擇合理的單根光纖布置網(wǎng)絡(luò)，從而可通過單根裸光纖完成多個(gè)構(gòu)件的應(yīng)變或溫度測量。

本發(fā)明選用分布式裸光纖光柵作為光纖光柵傳感器，分布式裸光纖光柵對結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或溫度進(jìn)行健康監(jiān)測，采用合理的刻制方法寫入光柵，光柵的刻制參數(shù)應(yīng)與構(gòu)件上監(jiān)測點(diǎn)相對應(yīng)。制備分布式裸光纖光柵傳感器時(shí)，要根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量以及點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離等參數(shù)，在所選用的分布式裸光纖上刻制與對應(yīng)構(gòu)件監(jiān)測點(diǎn)相同參數(shù)的布拉格光柵。上述監(jiān)測點(diǎn)的參數(shù)指：監(jiān)測點(diǎn)與監(jiān)測點(diǎn)之間的距離、監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量等。

光纖光柵傳感器指的就是裸光纖光柵，每一個(gè)光柵都要與監(jiān)測點(diǎn)一一對應(yīng)，也可以說每一個(gè)光柵就是一個(gè)傳感器，光纖光柵傳感器的位置與監(jiān)測點(diǎn)位置相同。分布式裸光纖光柵的參數(shù)包括：光柵數(shù)量、光柵間距、光柵長度、光柵應(yīng)變測量范圍等?！胺植际健笔侵敢桓饫w上可刻制多個(gè)光柵從而測量多個(gè)點(diǎn)位。

光纖光柵傳感器與結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間采用應(yīng)變傳遞較好的膠粘劑在監(jiān)測點(diǎn)粘結(jié)固定；布設(shè)完成的分布式光纖光柵傳感器組網(wǎng)后，通過光纖光柵解調(diào)儀實(shí)時(shí)感知和記錄所監(jiān)測結(jié)構(gòu)的溫度和應(yīng)變變化，從而實(shí)現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)高溫(火災(zāi))、應(yīng)力及變形等方面的健康監(jiān)測。

上述構(gòu)件監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)選取有限個(gè)反應(yīng)構(gòu)件變形特性的測點(diǎn)，測點(diǎn)應(yīng)變范圍及測點(diǎn)間距應(yīng)符合光纖材性要求。

上述單根光纖布置路徑，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的位置，合理布置單根光纖從而實(shí)現(xiàn)選定構(gòu)件的健康監(jiān)測。

所述的膠粘劑，選取傳遞率好的膠體類型，膠體對光柵具有一定保護(hù)作用，可提高光纖傳感器的耐久性。

所述的膠粘劑，在光柵對應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)處粘結(jié)，整個(gè)光纖與結(jié)構(gòu)構(gòu)件點(diǎn)粘結(jié)，作為光信號傳輸作用的光纖段根據(jù)需求選擇性粘結(jié)。

所述光纖解調(diào)裝置即通過檢測波長的變化推導(dǎo)出外界應(yīng)變或溫度變化，從而對構(gòu)件變形或構(gòu)件溫度起到監(jiān)測作用。

布設(shè)完成的分布式光纖光柵傳感器組網(wǎng)后，通過光纖光柵解調(diào)儀實(shí)時(shí)感知和記錄所監(jiān)測結(jié)構(gòu)的溫度和應(yīng)變變化，從而實(shí)現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)高溫(火災(zāi))、變形等方面的健康監(jiān)測。

由于裸光纖光柵傳感器直徑小，因此其徑向剪切的耐受能力較差，容易折損。因此，在使用過程中必須小心操作，以保證裸光纖光柵傳感器的正常使用壽命。且分布式裸光纖光柵使用前應(yīng)測試光柵合格率，監(jiān)測構(gòu)件的應(yīng)變或溫度變化范圍應(yīng)在分布式裸光纖光柵的量程范圍之內(nèi)。

實(shí)施例二

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的應(yīng)用裸光纖光柵對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測的示意圖示，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件(梁1或柱2)適當(dāng)位置選取測點(diǎn)4；并且根據(jù)測點(diǎn)位置布設(shè)光纖3；并在測點(diǎn)4處采用膠粘劑對光纖進(jìn)行點(diǎn)粘結(jié)；最后將光纖與解調(diào)儀5相連接，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的監(jiān)測點(diǎn)選取示意圖，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件(梁1或柱2)進(jìn)行適當(dāng)評估，選取變形控制監(jiān)測點(diǎn)4或者溫度控制監(jiān)測點(diǎn)4。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的監(jiān)測點(diǎn)光纖布設(shè)示意圖，根據(jù)選取的監(jiān)測點(diǎn)4，選用合適長度的光纖3，并根據(jù)的監(jiān)測點(diǎn)的參數(shù)在光纖上刻制光柵。將刻制之后的光柵對應(yīng)于監(jiān)測點(diǎn)4，在建筑結(jié)構(gòu)上布設(shè)光纖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的整體結(jié)構(gòu)的監(jiān)測點(diǎn)處光纖點(diǎn)粘結(jié)示意圖。布設(shè)好光纖3之后，在光柵對應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)4位置處采用膠粘劑7進(jìn)行點(diǎn)粘結(jié)，以此將光纖固定于結(jié)構(gòu)(梁1或柱2)上。之后將光纖連接于解調(diào)儀5，形成完整地分布式裸光纖光柵結(jié)構(gòu)監(jiān)測體系。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的局部單個(gè)監(jiān)測點(diǎn)處光纖點(diǎn)粘結(jié)示意圖，光纖3僅光柵與結(jié)構(gòu)構(gòu)件粘結(jié)。分布式裸光纖光柵與構(gòu)件之間的粘結(jié)材料應(yīng)選取應(yīng)變傳遞率較好的膠粘劑。為確保光纖光柵傳感器應(yīng)變測量優(yōu)越性能的發(fā)揮可測試并進(jìn)行粘結(jié)層材料的優(yōu)選。整個(gè)光纖只需粘結(jié)分布式裸光纖光柵部分，整個(gè)光纖形成光柵處的點(diǎn)粘結(jié)，作為信號傳輸?shù)墓饫w部分除特定情形外無需粘結(jié)。

本發(fā)明適用于環(huán)境穩(wěn)定的古建筑結(jié)構(gòu)中；且適用于狹窄空間或不規(guī)則結(jié)構(gòu)構(gòu)件的監(jiān)測中；同時(shí)適用于構(gòu)件復(fù)雜且旅游觀光頻繁，要求監(jiān)測損傷輕微的古建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件(例如圖案精美、花紋復(fù)雜的木梁或木柱)中。故本發(fā)明作為一種結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法適用于一些有特定監(jiān)測需求的建筑結(jié)構(gòu)中。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例與現(xiàn)有的古建筑健康監(jiān)測方法相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

(1)裸光纖光柵作為光纖傳感器，具有質(zhì)量輕、體積小、靈敏度高、耐腐蝕、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，裸光纖光柵傳感器相比于基片式光纖傳感器應(yīng)變靈敏度高、應(yīng)變傳遞率高、可應(yīng)用于狹窄空間或不規(guī)則結(jié)構(gòu)監(jiān)測中且制造成本低使用期限內(nèi)維護(hù)成本低，不但對于原結(jié)構(gòu)構(gòu)件基本不造成損傷而且肉眼很難觀察到安置的傳感器。

普通光纖外徑為250微米,可獲取傳統(tǒng)傳感器無法檢測的信號,如復(fù)合材料的內(nèi)部應(yīng)力；靈敏度高:光纖傳感器釆用光學(xué)原理,一般為微米量級。采用波長調(diào)制技術(shù),分辨率可達(dá)波長尺度的納米量級；耐腐蝕:由于光纖表面的涂覆層由高分子材料組成,耐酸堿等化學(xué)侵蝕能力強(qiáng),同時(shí)纖芯自身為二氧化硅材料,其物理、化學(xué)等穩(wěn)定性強(qiáng)；抗電磁干擾:光信號在光纖中傳輸時(shí),不會與電磁場產(chǎn)生作用,因而信號在傳輸過程中抗電磁干擾能力很強(qiáng)；傳輸頻帶寬:可進(jìn)行大容量信號的實(shí)時(shí)測量,便于集成大型監(jiān)測系統(tǒng)；分布式或準(zhǔn)分布式測量:可用一根光纖測量結(jié)構(gòu)上空間多點(diǎn)或者無限多自由度的參數(shù)分布,是傳統(tǒng)機(jī)械類、電子類、微電子類等器件無法實(shí)現(xiàn)的；使用期限內(nèi)維護(hù)成本低。

(2)相比于基片式的光纖光柵傳感器，裸光纖光柵傳感器線性好，靈敏度較高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，能夠滿足古建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件監(jiān)測應(yīng)用現(xiàn)場應(yīng)力、應(yīng)變的測量需求。該健康監(jiān)測方法可用于古建筑結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測，高溫報(bào)警，預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。

(3)對于一些圖案精美復(fù)雜的梁柱構(gòu)件，采用分布式的基片式的光纖傳感器易對文物建筑造成一定損傷，而采用裸光纖光柵傳感器只需要一根細(xì)絲便可以完成多個(gè)測點(diǎn)的應(yīng)變控制，監(jiān)測精準(zhǔn)可靠、應(yīng)用成本低，對于原結(jié)構(gòu)構(gòu)件不會產(chǎn)生任何損傷，施工方便，此外也不會對古建筑外觀造成任何影響，不會影響游客觀光。

(4)裸光纖光柵傳感器特點(diǎn)鮮明，工程適用性明確，對于環(huán)境穩(wěn)定，狹窄空間或不規(guī)則結(jié)構(gòu)監(jiān)測具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：附圖只是一個(gè)實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。

本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對于裝置或系統(tǒng)實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所以描述得比較簡單，相關(guān)之處參見方法實(shí)施例的部分說明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，即可以理解并實(shí)施。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。