專利名稱:水工結(jié)構(gòu)物多向性微宏觀裂縫內(nèi)外分布式監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種水工結(jié)構(gòu)物多向性微宏觀裂縫內(nèi)外分布式監(jiān)測裝置，包含轉(zhuǎn)球豎梁、位于轉(zhuǎn)球豎梁上端的上剪切裝置、位于轉(zhuǎn)球豎梁下端的下剪切裝置、位于上剪切裝置與下剪切裝置之間的拉伸裝置，所述上剪切裝置包含對稱設置的半圓形的上剪切臺、連接兩個上剪切臺的上移動連桿和位于上剪切臺上的上承臺，所述上承臺下方延伸有上載道，上剪切臺下方通過轉(zhuǎn)向螺桿與上旋轉(zhuǎn)梁連接，上旋轉(zhuǎn)梁內(nèi)安裝有上剪切光纖，上剪切光纖通過剪切鎖緊裝置固定在上旋轉(zhuǎn)梁內(nèi)，上旋轉(zhuǎn)梁通過上轉(zhuǎn)球與轉(zhuǎn)球豎梁連接。本實用新型的監(jiān)測裝置可以實現(xiàn)水工結(jié)構(gòu)物張拉、剪切以及張拉、剪切組合裂縫的光纖監(jiān)測，其實現(xiàn)了分布式、多向性、微宏觀、內(nèi)外監(jiān)測。
【專利說明】水工結(jié)構(gòu)物多向性微宏觀裂縫內(nèi)外分布式監(jiān)測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種水工結(jié)構(gòu)物裂縫光纖監(jiān)測裝置，特別涉及到一種可以內(nèi)外部 分布式實時多向監(jiān)測結(jié)構(gòu)物微宏觀裂縫的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 大壩、堤防、水閘等工程中的水工結(jié)構(gòu)物，其開裂和發(fā)展將影響結(jié)構(gòu)物的耐久性和 整體性，裂縫的有效辨識和實時測量一直是水利與水電工程施工和運行管理中關(guān)注的重要 內(nèi)容。在正常加載條件下，水工結(jié)構(gòu)物中裂縫的狀態(tài)和成因非常復雜，可能產(chǎn)生張拉裂縫和 剪切裂縫，以及兩種裂縫組合的混合式裂縫。對于傳統(tǒng)的裂縫監(jiān)測裝置而言，會因受到外界 復雜因素（比如潮濕、降水、電磁等）干擾而失去監(jiān)測功能或者出現(xiàn)測值漂移等嚴重影響其 正常功能發(fā)揮的問題。
[0003] 光學技術(shù)的發(fā)展將光纖傳感監(jiān)測技術(shù)推到了監(jiān)測領(lǐng)域的前沿，因為其良好的監(jiān)測 性能，應用潛力被大量挖掘，利用光纖監(jiān)測裂縫的應用得到不斷推廣。但是，可同時監(jiān)測張 拉裂縫和剪切裂縫的監(jiān)測裝置目前未見報道，特別是對于我國所建造的大量大體積水工結(jié) 構(gòu)物，基于光纖傳感監(jiān)測技術(shù)，進行結(jié)構(gòu)物微宏觀、多向性裂縫的內(nèi)外部分布式監(jiān)測與檢 測，尚未有公開的研宄成果。迫切需要研發(fā)一種可以同時監(jiān)測張拉、剪切以及張拉、剪切組 合裂縫，且成本合理、應用普遍的光纖監(jiān)測裝置。 實用新型內(nèi)容
[0004] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實用新型提供一種水工結(jié)構(gòu)物多 向性微宏觀裂縫內(nèi)外分布式監(jiān)測裝置，基于當前傳統(tǒng)監(jiān)測儀器的不足及現(xiàn)有光纖監(jiān)測裂縫 裝置的缺陷，利用光纖傳感的基本物理特性，可以實現(xiàn)水工結(jié)構(gòu)物張拉、剪切以及張拉、剪 切組合裂縫的光纖監(jiān)測，其實現(xiàn)了分布式、多向性、微宏觀、內(nèi)外監(jiān)測，對復雜環(huán)境下大體積 水工結(jié)構(gòu)物裂縫監(jiān)測提供了一種有效的、多功能的監(jiān)測裝置。
[0005] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的一種水工結(jié)構(gòu)物多向性微宏觀裂 縫內(nèi)外分布式監(jiān)測裝置，包含轉(zhuǎn)球豎梁、位于轉(zhuǎn)球豎梁上端的上剪切裝置、位于轉(zhuǎn)球豎梁下 端的下剪切裝置、位于上剪切裝置與下剪切裝置之間的拉伸裝置，所述上剪切裝置包含對 稱設置的半圓形的上剪切臺、連接兩個上剪切臺的上移動連桿和位于上剪切臺上的上承 臺，所述上承臺下方延伸有上載道，上剪切臺下方通過轉(zhuǎn)向螺桿與上旋轉(zhuǎn)梁連接，上旋轉(zhuǎn)梁 內(nèi)安裝有上剪切光纖，上剪切光纖通過剪切鎖緊裝置固定在上旋轉(zhuǎn)梁內(nèi)，上旋轉(zhuǎn)梁通過上 轉(zhuǎn)球與轉(zhuǎn)球豎梁連接，上剪切臺沿上載道做直線運動，相對的兩個上剪切臺做切向運動，帶 動上剪切光纖拉伸；所述下剪切裝置包含對稱設置的半圓形的下剪切臺、連接兩個下剪切 臺的下移動連桿和位于下剪切臺下的下承臺，所述下承臺下方延伸有下載道，下剪切臺下 方通過轉(zhuǎn)向螺桿安裝有下旋轉(zhuǎn)梁，下旋轉(zhuǎn)梁內(nèi)安裝有下剪切光纖，下剪切光纖通過剪切鎖 緊裝置固定在下旋轉(zhuǎn)梁內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)梁通過下旋轉(zhuǎn)球與轉(zhuǎn)球豎梁連接，下剪切臺沿下載道做 直線運動，相對的兩個下剪切臺做切向運動，帶動下剪切光纖拉伸；所述拉伸裝置包含張拉 光纖、上張拉臺、下張拉臺和位于上張拉臺與下張拉臺之間的伸縮豎梁，張拉光纖依次穿過 上張拉臺、伸縮豎梁和下張拉臺，張拉光纖通過拉伸鎖緊裝置固定在上張拉臺和下張拉臺 上，所述上剪切光纖、下剪切光纖和張拉光纖分別與集線載臺連接。
[0006] 作為優(yōu)選，所述剪切鎖緊裝置包含轉(zhuǎn)閥、護圈、弧夾和旋桿，所述護圈套在上旋轉(zhuǎn) 梁并與轉(zhuǎn)向螺桿連接，護圈上安裝有旋桿，旋桿的頭部安裝有轉(zhuǎn)閥，旋轉(zhuǎn)的尾部活動連接弧 夾，通過弧夾鎖緊上剪切光纖或下剪切光纖。
[0007] 作為優(yōu)選，所述拉伸鎖緊裝置包含螺紋型控制臺、螺紋閥、螺紋拉壓桿、微調(diào)橫螺 柱和通道護環(huán)，所述上張拉臺與下張拉臺分別設有豎向通道，豎向通道內(nèi)設有通道護環(huán)，張 拉光纖位于豎向通道內(nèi)，上張拉臺與下張拉臺分別固定安裝有一對螺紋型控制臺，一對螺 紋型控制臺分別位于豎向通道的兩側(cè)，每個螺紋型控制臺上旋入了微調(diào)橫螺柱，微調(diào)橫螺 柱與螺紋拉壓桿螺紋連接，螺紋拉壓桿與通道護環(huán)連接，微調(diào)橫螺柱穿過螺紋型控制臺，微 調(diào)橫螺柱的進出連帶了螺紋拉壓桿的進出，通道護環(huán)外壁與螺紋拉壓桿外表面面面接觸， 通過豎向通道的張拉光纖會因為外環(huán)荷載的施加而被以非剛性固定。
[0008] 作為優(yōu)選，所述上剪切光纖、下剪切光纖和張拉光纖上設有刻度。
[0009] 作為優(yōu)選，所述上剪切光纖、下剪切光纖和張拉光纖外套有光纖護套，光纖護套包 含高硬外環(huán)與位于高硬外環(huán)內(nèi)壁的軟綿內(nèi)套，上剪切光纖、下剪切光纖和張拉光纖位于軟 綿內(nèi)套內(nèi)。
[0010] 作為優(yōu)選，所述上剪切臺與下剪切臺交叉分布。
[0011] 作為優(yōu)選，所述集線載臺包括四個光纖連接端口和一個備用端口，集線載臺上安 裝有通過支撐梁固定的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，四個光纖連接端口和一個備用端口位于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺的四 周，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺的中心安裝有轉(zhuǎn)環(huán)，轉(zhuǎn)環(huán)與旋轉(zhuǎn)外柄連接，集線載臺上還設有外聯(lián)槽，外聯(lián)槽 邊上安裝有轉(zhuǎn)動護蓋，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動護蓋可將外聯(lián)槽覆蓋。
[0012] 作為優(yōu)選，所述相鄰的兩個水工結(jié)構(gòu)物多向性微宏觀裂縫內(nèi)外分布式監(jiān)測裝置通 過串聯(lián)梁連接。
[0013] 監(jiān)測水工結(jié)構(gòu)物裂縫的光纖傳感技術(shù)原理：主要采用了光纖物理參量中的光損 耗值作為監(jiān)測分析參數(shù)，當水工結(jié)構(gòu)物試件出現(xiàn)裂縫時，對于預先埋在其中的光纖而言， 光在光纖彎曲段中傳輸時，產(chǎn)生較大的能量輻射，其輻射損耗系數(shù)為A=C l exp (-C2/?)，式 中：R為曲率半徑；

【權(quán)利要求】
1. 一種水工結(jié)構(gòu)物多向性微宏觀裂縫內(nèi)外分布式監(jiān)測裝置，其特征在于：包含轉(zhuǎn)球豎 梁、位于轉(zhuǎn)球豎梁上端的上剪切裝置、位于轉(zhuǎn)球豎梁下端的下剪切裝置、位于上剪切裝置與 下剪切裝置之間的拉伸裝置，所述上剪切裝置包含對稱設置的半圓形的上剪切臺、連接兩 個上剪切臺的上移動連桿和位于上剪切臺上的上承臺，所述上承臺下方延伸有上載道，上 剪切臺下方通過轉(zhuǎn)向螺桿與上旋轉(zhuǎn)梁連接，上旋轉(zhuǎn)梁內(nèi)安裝有上剪切光纖，上剪切光纖通 過剪切鎖緊裝置固定在上旋轉(zhuǎn)梁內(nèi)，上旋轉(zhuǎn)梁通過上轉(zhuǎn)球與轉(zhuǎn)球豎梁連接，上剪切臺沿上 載道做直線運動，相對的兩個上剪切臺做切向運動，帶動上剪切光纖拉伸；所述下剪切裝置 包含對稱設置的半圓形的下剪切臺、連接兩個下剪切臺的下移動連桿和位于下剪切臺下的 下承臺，所述下承臺下方延伸有下載道，下剪切臺下方通過轉(zhuǎn)向螺桿安裝有下旋轉(zhuǎn)梁，下旋 轉(zhuǎn)梁內(nèi)安裝有下剪切光纖，下剪切光纖通過剪切鎖緊裝置固定在下旋轉(zhuǎn)梁內(nèi)，下旋轉(zhuǎn)梁通 過下旋轉(zhuǎn)球與轉(zhuǎn)球豎梁連接，下剪切臺沿下載道做直線運動，相對的兩個下剪切臺做切向 運動，帶動下剪切光纖拉伸；所述拉伸裝置包含張拉光纖、上張拉臺、下張拉臺和位于上張 拉臺與下張拉臺之間的伸縮豎梁，張拉光纖依次穿過上張拉臺、伸縮豎梁和下張拉臺，張拉 光纖通過拉伸鎖緊裝置固定在上張拉臺和下張拉臺上，所述上剪切光纖、下剪切光纖和張 拉光纖分別與集線載臺連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水工結(jié)構(gòu)物多向性微宏觀裂縫內(nèi)外分布式監(jiān)測裝置，其特征 在于：所述剪切鎖緊裝置包含轉(zhuǎn)閥、護圈、弧夾和旋桿，所述護圈套在上旋轉(zhuǎn)梁并與轉(zhuǎn)向螺 桿連接，護圈上安裝有旋桿，旋桿的頭部安裝有轉(zhuǎn)閥，旋轉(zhuǎn)的尾部活動連接弧夾，通過弧夾 鎖緊上剪切光纖或下剪切光纖。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水工結(jié)構(gòu)物多向性微宏觀裂縫內(nèi)外分布式監(jiān)測裝置，其特征 在于：所述拉伸鎖緊裝置包含螺紋型控制臺、螺紋閥、螺紋拉壓桿、微調(diào)橫螺柱和通道護環(huán)， 所述上張拉臺與下張拉臺分別設有豎向通道，豎向通道內(nèi)設有通道護環(huán)，張拉光纖位于豎 向通道內(nèi)，上張拉臺與下張拉臺分別固定安裝有一對螺紋型控制臺，一對螺紋型控制臺分 別位于豎向通道的兩側(cè)，每個螺紋型控制臺上旋入了微調(diào)橫螺柱，微調(diào)橫螺柱與螺紋拉壓 桿螺紋連接，螺紋拉壓桿與通道護環(huán)連接，微調(diào)橫螺柱穿過螺紋型控制臺，微調(diào)橫螺柱的進 出連帶了螺紋拉壓桿的進出，通道護環(huán)外壁與螺紋拉壓桿外表面面面接觸，通過豎向通道 的張拉光纖會因為外環(huán)荷載的施加而被以非剛性固定。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水工結(jié)構(gòu)物多向性微宏觀裂縫內(nèi)外分布式監(jiān)測裝置，其特征 在于：所述上剪切光纖、下剪切光纖和張拉光纖外套有光纖護套，光纖護套包含高硬外環(huán)與 位于高硬外環(huán)內(nèi)壁的軟綿內(nèi)套，上剪切光纖、下剪切光纖和張拉光纖位于軟綿內(nèi)套內(nèi)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水工結(jié)構(gòu)物多向性微宏觀裂縫內(nèi)外分布式監(jiān)測裝置，其特 征在于：所述上剪切臺與下剪切臺交叉分布。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水工結(jié)構(gòu)物多向性微宏觀裂縫內(nèi)外分布式監(jiān)測裝置，其特征 在于：所述集線載臺包括四個光纖連接端口和一個備用端口，集線載臺上安裝有通過支撐 梁固定的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，四個光纖連接端口和一個備用端口位于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺的四周，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺的 中心安裝有轉(zhuǎn)環(huán)，轉(zhuǎn)環(huán)與旋轉(zhuǎn)外柄連接，集線載臺上還設有外聯(lián)槽，外聯(lián)槽邊上安裝有轉(zhuǎn)動 護蓋，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動護蓋可將外聯(lián)槽覆蓋。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水工結(jié)構(gòu)物多向性微宏觀裂縫內(nèi)外分布式監(jiān)測裝置，其特 征在于：所述相鄰的兩個水工結(jié)構(gòu)物多向性微宏觀裂縫內(nèi)外分布式監(jiān)測裝置通過串聯(lián)梁連 so
【文檔編號】G01B11-02GK204269075SQ201420646899
【發(fā)明者】蘇懷智, 楊孟, 李星, 陳健, 韓彰 [申請人]河海大學