专利名称：锚索框架组合结构的光纤Bragg光栅测力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种锚索框架组合结构的光纤Bragg光栅测カ传感器，具体涉及一种边坡预应カ锚索和混凝土桩共同作用结构的锚索锚头处整体拉カ和锚固段钻孔内锚索受カ的测量的光纤Bragg光栅测量装置。属光电子測量技术领域。
背景技术：
锚索框架组合结构通常应用于公路、鉄路、水利工程中的高陡边坡，是ー种主动承受土体测向压力的加固结构。锚索安装完成后岩土自身的风化作用和锚索自身的受カ，蠕动变形和应カ松弛都会改变锚索框架的受カ状态，特别是坡面压缩变形，会使锚索张拉完成锁定后的预应カ损失，易造成边坡失稳事故。预应カ锚索通常选用具有高強度的同时具有较小量的松弛值。公称直径15. 24mm,由7根Φ= 5 nim的钢绞线抢制而成，公称面积140. 00 mm2，单根锚索破断负荷260 kN,纵向受拉预应力筋最大应变变化不小于3. 5%，强度级别1860 MPa。当锚索的钢绞线在70%破断负荷时，低松弛钢绞线1000小时应カ损失为2. 5%，在60%破断负荷时为1%，在50%破断负荷时可忽略不计。中国工程建设标准化协会发布的《岩土锚杆(索)技术规范》(CECS 22:2005)中对监测信息反馈和处理中的相关規定，当所监测的锚杆(索)初始预应力值的变化大于轴向拉カ的10%时，应采取重复张拉或适当卸荷等措施。并且钻孔内水泥砂浆抗压强度为20 MPa，如果水泥砂浆结构破坏，锚索与水泥砂浆的摩擦阻カ会受到影响，影响锚固结构安全。因此可以通过测量锚索所锚头及锚固体内受カ情況，反应结构体安全状态。邓年春撰写的“光纤光栅在预应カ钢绞线应カ监测中的应用”《哈尔滨エ业大学学报》，2007年10月刊，第39卷第10期，1550 1553。在钢绞线上直接粘贴光纤光栅或应变片，由于锚索的特殊结构，单根钢丝不均匀变形影响产生不均匀变形，难以反映整束锚索受力情況。

实用新型内容本实用新型提供一种锚索框架组合结构的光纤Bragg光栅测カ传感器，通过光纤Bragg光栅避免了直接与灌浆体接触，可以准确測量整束锚索受力情況。本实用新型采用的技术方案是装置由锚头测点光纤Bragg光栅I、光纤2、锚墩3、锚头夹具4、锚索5、夹片6、弾性敏感元件7、垫板8、内管9、外管10、锚索钻孔11、水泥砂衆12、锚固段测点光纤Bragg光栅13组成；传感器光纤Bragg光栅测点包括锚头测点和锚固段测点，传感器测点间通过光纤2串联；在锚索框架组合结构锚墩3处预先放置垫板8，夹片6锁紧锚索5，锚索5通过锚头夹具4和弾性敏感元件7连接，锚头测点光纤Bragg光栅I沿轴向粘贴于安装在格子梁锚索夹具4下方的弾性敏感元件7上；锚固段在锚索钻孔9内将锚固段测点光纤Bragg光栅13粘贴于开孔内管9两端中轴线处，内管9通过螺纹与外管10连接，传感结构随同锚索5安装在锚索锚固段钻孔11内密封在水泥砂浆12中。[0007]本实用新型的有益效果是I、实现了整体拉カ的在线测量；本实用新型将光纤Bragg光栅贴在弹性敏感元件上，通过把锚索总体拉力的測量转换成对光纤Bragg光栅的中心波长移位的測量。2、设计采用圆管形应变传感结构，内管与外管用螺纹连接，外管凸缘可以更好的固定在混凝土内，避免了锚索的特殊结构及锚固段混凝土影响，敏感元件无法直接粘贴的问题。同吋，将光纤Bragg光栅封装在内管中，避免了直接与灌浆体接触。

图I为本实用新型的基本结构示意图 ；图中1_锚头测点光纤Bragg光栅、2-光纤、3-锚墩、4-锚头夹具、5-锚索、6-夹片、7-弾性敏感元件、8-垫板、9-内管、10-外管、11-锚索钻孔、12-水泥砂浆、13-锚固段测点光纤Bragg光栅。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进ー步详细说明，以便技术人员的理解如图I所示，锚索框架组合结构的光纤Bragg光栅测カ传感器，由锚头测点光纤Bragg光栅I、光纤2、锚墩3、锚头夹具4、锚索5、夹片6、弾性敏感元件7、垫板8、内管9、外管10、锚索钻孔11、水泥砂衆12、锚固段测点光纤Bragg光栅13组成；传感器光纤Bragg光栅测点包括锚头测点和锚固段测点，传感器测点间通过光纤2串联；在锚索框架组合结构锚墩3处预先放置垫板8，夹片6锁紧锚索5，锚索5通过锚头夹具4和弾性敏感元件7连接，锚头测点光纤Bragg光栅I沿轴向粘贴于安装在格子梁锚索夹具4下方的弾性敏感元件7上；锚固段在锚索钻孔9内将锚固段测点光纤Bragg光栅13粘贴于开孔内管9两端中轴线处，内管9通过螺纹与外管10连接，传感结构随同锚索5安装在锚索锚固段钻孔11内密封在水泥砂浆12中。本实用新型工作原理在锚索外露锚固端，总体拉力由夹片夹紧锚索施加给弹性敏感元件，将锚具处弹性敏感元件的应变量转换成光纤Bragg光栅的波长移位。在钻孔内，预应カ锚索锚固段的空间形状近似为圆柱体，关于钻孔中心线轴对称，应变传感结构随锚索布置于锚固段剪应カ最大位置处，水泥砂浆在边坡受力作用下产生ー定变形量，将水泥砂浆的应变量转换成应变传感结构光纤Bragg光栅的波长移位。光纤Bragg光栅通过光纤与信号处理装置连接，利用信号处理装置的解调仪得出光纤Bragg光栅中心波长的移位值。根据解调仪得到应变引起光纤Bragg光栅的波长移位值，反算出所受カ大小，实现波长与锚索受カ的对应关系。本实用新型的数学模型如下(I)锚索框架组合结构整体拉カ的测量当锚索在与框架结构组合成的结构体受轴向拉、压カ时，边坡土体将カ传递给弹性敏感元件，其所受压应カ为
Pσ=—(I)
A[0022]式中，^为弹性敏感元件的截面积。根据胡克定律，轴向拉力σ与弾性体应变？的关系为可表示为
权利要求1.一种锚索框架组合结构的光纤Bragg光栅测カ传感器，其特征是所述的传感器由锚头测点光纤Bragg光栅(I)、光纤(2)、锚墩(3)、锚头夹具(4)、锚索(5)、夹片(6)、弾性敏感元件(7)、垫板(8)、内管(9)、外管(10)、锚索钻孔(11)、水泥砂浆(12)、锚固段测点光纤Bragg光栅(13)组成；传感器光纤Bragg光栅测点包括锚头测点和锚固段测点，传感器测点间通过光纤(2)串联；在锚索框架组合结构锚墩(3)处预先放置垫板(8)，夹片(6)锁紧锚索(5)，锚索(5)通过锚头夹具(4)和弾性敏感元件(7)连接，锚头测点光纤Bragg光栅(I)沿轴向粘贴于安装在格子梁锚索夹具(4)下方的弾性敏感元件(7)上；锚固段在锚索钻孔(9)内将锚固段测点光纤Bragg光栅(13)粘贴于开孔内管(9)两端中轴线处，内管(9)通过螺纹与外管(10)连接，传感结构随同锚索(5)安装在锚索锚固段钻孔(11)内密封在水泥砂浆(12)中。
专利摘要本实用新型涉及一种锚索框架组合结构的光纤Bragg光栅测力传感器，由锚头测点光纤Bragg光栅、光纤、锚墩、锚头夹具、锚索、夹片、弹性敏感元件、垫板、内管、外管、锚索钻孔、水泥砂浆和锚固段测点光纤Bragg光栅组成；传感器包括锚头测点和锚固段测点，传感器测点间通过光纤串联；锚索所受整体拉力由锚头夹具传递给弹性敏感元件，将光栅沿轴向粘贴于安装在格子梁锚索夹具下方的弹性敏感元件上；锚固段在锚索钻孔内将光栅粘贴于开孔内管两端中轴线处。本实用新型可以实现整体拉力的在线测量；设计采用圆管形应变传感结构，避免了敏感元件无法直接粘贴；同时，将光纤Bragg光栅封装在内管中，避免了直接与灌浆体接触。
文档编号G01L5/00GK202403851SQ20112055830
公开日2012年8月29日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者孟磊, 李川 申请人:昆明理工大学