基于光纤感测的三维拉力实时监测装置及其工作方法与流程

本发明涉光纤传感监测，具体涉及一种基于光纤感测的三维拉力实时监测装置及其工作方法。

背景技术：

1、基于弹簧拉力的变形监测装置的敏感性低，只有当变形显著时才可获取监测信息，并且难以准确表征变形过程中的演化特征。光纤对温度、应变、振动等外界环境的变化非常敏感，虽然克服了敏感性低的问题，能在监测领域得到广泛的应用，但是为了保证其能顺利完成监测工作，其结构一般较为复杂、繁琐，若需要监测三维变形，则复杂程度成倍增加，而且其也比较容易受到外界干扰。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于光纤感测的三维拉力实时监测装置及其工作方法，本发明结构简单、安装方便，能进行三维拉力实时监测，避免了外部干扰。

2、本发明所采用是技术方案是：

3、一种基于光纤感测的三维拉力实时监测装置，包括光纤解调仪以及在上、下、左、右、前、后六个方向布设的监测单元；监测单元包括悬臂、受力板、伸缩杆、拉绳、应变传感光缆和锁定件，悬臂内部中空且一端封闭、另一端敞开，受力板位于悬臂敞开端，伸缩杆位于悬臂内部且平行于悬臂，伸缩杆采用可伸缩结构且两端分别固连受力板内侧面和悬臂内端面，拉绳穿过悬臂且内端连接伸缩杆、外端为操作端，拉动拉绳操作端时能带动伸缩杆收缩使受力板抵住并封闭悬臂敞开端，应变传感光缆穿过悬臂且分为悬臂内外两部分，锁定件分布在受力板内侧面、悬臂内端面和悬臂外壁上，受力板内侧面和悬臂内端面上的锁定件用于将悬臂内应变传感光缆两点锁定形成平行于悬臂的预拉伸段，悬臂外壁上的锁定件用于将拉动到位后的拉绳锁定，悬臂上设有能打开和关闭的操作口，打开操作口时能操作悬臂内的锁定件；光纤解调仪连接各监测单元的悬臂外应变传感光缆，通过各应变传感光缆的应变分布实时监测三维拉力。

4、优选地，伸缩杆采用两段，一段为筒体、另一段为杆体，筒体和杆体滑动配合地套在一起。

5、进一步地，筒体固连悬臂内端面、杆体固连受力板内侧面，筒体内设有滑轮，拉绳的一端位于筒体内且连接杆体、另一端绕过滑轮后先伸出筒体侧部再伸出悬臂侧部。

6、进一步地，筒体和杆体之间设有润滑油。

7、优选地，锁定件包括螺柱、压块和螺纹盖，螺柱固定，压块空套在螺柱的光杆段上，螺纹盖螺纹配合在螺柱的螺纹段上且带有用于拧紧的把手，拧紧螺纹盖时能带动压块压紧。

8、优选地，各监测单元的悬臂汇集于一个中心且安装在一起。

9、优选地，光纤解调仪采用ofdr光纤解调仪。

10、优选地，操作口通过盖板或舱门实现打开和关闭。

11、上述基于光纤感测的三维拉力实时监测装置的工作方法，包括步骤：

12、s1、先拉动拉绳操作端带动伸缩杆收缩使受力板抵住并封闭悬臂敞开端，保持拉绳紧绷状态并利用悬臂外壁上的锁定件将拉动到位后的拉绳锁定，再打开操作口，操作悬臂内的锁定件，先锁定悬臂内应变传感光缆一点，在施加一定的预应力后锁定悬臂内应变传感光缆另一点，即利用受力板内侧面和悬臂内端面上的锁定件将悬臂内应变传感光缆两点锁定形成平行于悬臂的预拉伸段，再关闭操作口，确保悬臂内部封闭；

13、s2、将装置放置在被监测环境或者使受力板紧贴被监测物，固定装置，保证装置能在监测过程中处于稳定状态，不发生位移或倾斜；

14、s3、解除悬臂外壁上的锁定件对拉绳的锁定，使拉绳和伸缩杆能自由活动，将各监测单元的悬臂外应变传感光缆接入光纤解调仪，读取初始应变值；

15、s4、监测过程中，光纤解调仪连续获取各应变传感光缆的应变信息并通过各应变传感光缆的应变分布实时监测三维拉力，通过观察拉绳的伸出量变化即可直观获知对应受力板的拉伸位移量变化。

16、本发明的有益效果是：

17、本装置在三维空间六个方向上布设监测单元，利用光纤解调仪连续获取各监测单元中应变传感光缆的应变信息，能对监测目标进行实时三维拉力监测且具有高灵敏性；本装置中，悬臂能为应变传感光缆预拉伸段提供封闭的环境，避免了外部环境对应变传感光缆预拉伸段的干扰，受力板能承受气体、液体和固体的运移和变形特征并传导至应变传感光缆预拉伸段，伸缩杆能让受力板在受到拉力时发生位移，拉绳不仅能在安装时带动受力板抵住并封闭悬臂敞开端，还能在监测过程中直观显示对应受力板的拉伸位移量变化。因此，整个装置结构简单、安装方便，能进行三维拉力实时监测，避免了外部干扰。

技术特征：

1.一种基于光纤感测的三维拉力实时监测装置，其特征在于：包括光纤解调仪以及在上、下、左、右、前、后六个方向布设的监测单元；监测单元包括悬臂、受力板、伸缩杆、拉绳、应变传感光缆和锁定件，悬臂内部中空且一端封闭、另一端敞开，受力板位于悬臂敞开端，伸缩杆位于悬臂内部且平行于悬臂，伸缩杆采用可伸缩结构且两端分别固连受力板内侧面和悬臂内端面，拉绳穿过悬臂且内端连接伸缩杆、外端为操作端，拉动拉绳操作端时能带动伸缩杆收缩使受力板抵住并封闭悬臂敞开端，应变传感光缆穿过悬臂且分为悬臂内外两部分，锁定件分布在受力板内侧面、悬臂内端面和悬臂外壁上，受力板内侧面和悬臂内端面上的锁定件用于将悬臂内应变传感光缆两点锁定形成平行于悬臂的预拉伸段，悬臂外壁上的锁定件用于将拉动到位后的拉绳锁定，悬臂上设有能打开和关闭的操作口，打开操作口时能操作悬臂内的锁定件；光纤解调仪连接各监测单元的悬臂外应变传感光缆，通过各应变传感光缆的应变分布实时监测三维拉力。

2.如权利要求1所述的基于光纤感测的三维拉力实时监测装置，其特征在于：伸缩杆采用两段，一段为筒体、另一段为杆体，筒体和杆体滑动配合地套在一起。

3.如权利要求2所述的基于光纤感测的三维拉力实时监测装置，其特征在于：筒体固连悬臂内端面、杆体固连受力板内侧面，筒体内设有滑轮，拉绳的一端位于筒体内且连接杆体、另一端绕过滑轮后先伸出筒体侧部再伸出悬臂侧部。

4.如权利要求2所述的基于光纤感测的三维拉力实时监测装置，其特征在于：筒体和杆体之间设有润滑油。

5.如权利要求1所述的基于光纤感测的三维拉力实时监测装置，其特征在于：锁定件包括螺柱、压块和螺纹盖，螺柱固定，压块空套在螺柱的光杆段上，螺纹盖螺纹配合在螺柱的螺纹段上且带有用于拧紧的把手，拧紧螺纹盖时能带动压块压紧。

6.如权利要求1所述的基于光纤感测的三维拉力实时监测装置，其特征在于：各监测单元的悬臂汇集于一个中心且安装在一起。

7.如权利要求1所述的基于光纤感测的三维拉力实时监测装置，其特征在于：光纤解调仪采用ofdr光纤解调仪。

8.如权利要求1所述的基于光纤感测的三维拉力实时监测装置，其特征在于：操作口通过盖板或舱门实现打开和关闭。

9.一种如权利要求1至8任一所述的基于光纤感测的三维拉力实时监测装置的工作方法，其特征在于，包括步骤：

技术总结
本发明公开一种基于光纤感测的三维拉力实时监测装置及其工作方法，该装置包括光纤解调仪以及在上、下、左、右、前、后六个方向布设的监测单元；监测单元包括悬臂、受力板、伸缩杆、拉绳、应变传感光缆和锁定件；光纤解调仪连接各监测单元的悬臂外应变传感光缆，通过各应变传感光缆的应变分布实时监测三维拉力。本发明结构简单、安装方便，能进行三维拉力实时监测，避免了外部干扰。

技术研发人员：周全超,刘志文,刘天祥,刘振宇,李琦,聂耀武,李霞颖,侯惠翔,高利晶
受保护的技术使用者：华能煤炭技术研究有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23