本實(shí)用新型屬于巖土工程安全監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單端雙出纜的多光柵錨桿應(yīng)力計(jì)。

背景技術(shù)：

工程監(jiān)測中常規(guī)的鋼筋計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)、應(yīng)變計(jì)、滲壓計(jì)、溫度計(jì)一般都采用差動電阻式、振弦式等電式傳感器。近年來，隨著長距離輸調(diào)水工程的實(shí)施以及光纖光柵傳感及解調(diào)技術(shù)的發(fā)展，基于光纖Bragg光柵（Fiber Bragg Grating, 簡稱FBG）傳感器在巖土工程中逐步得到應(yīng)用，充分表現(xiàn)出光纖光柵儀器的長距離信號傳輸、靈活組網(wǎng)、抗電磁干擾、絕緣要求低等優(yōu)勢。FBG傳感器裸光纖為玻璃纖維，傳感器變形主體為金屬材料，需要將兩者長期有效聯(lián)接成一體同步變形，F(xiàn)BG才能有效反應(yīng)物理量變化，這是研制光纖光柵儀器的關(guān)鍵工藝。該工藝大致可以分為兩類，一類是采用在裸光纖外套金屬保護(hù)管，兩者之間用環(huán)氧樹脂或其他聚合材料可靠粘結(jié)，保護(hù)管再與主體焊接；另一種是采用全金屬化封裝，即裸光纖外鍍金屬層，再將金屬鍍層與主體激光焊接成整體。

光纖光柵錨桿應(yīng)力計(jì)是光纖光柵傳感器的一種。當(dāng)前，該儀器在巖土工程中應(yīng)用時上因在安裝上具有缺陷，造成測量結(jié)果誤差較大。圖1為目前安裝的光纖光柵錨桿應(yīng)力計(jì)，包括保護(hù)鋼套5，保護(hù)鋼套5內(nèi)設(shè)置有裸光纖2及兩個夾持部件5，裸光纖2兩端連接有尾纜1，光纖上連接有應(yīng)變FBG3，兩個夾持部件5將光纖2固定在鋼筋7一側(cè)。其安裝存在的不足主要包括以下幾個方面：

第一，兩端出纜方式導(dǎo)致安裝難度大。光纖光柵錨桿應(yīng)力計(jì)一般從儀器的兩側(cè)分別引出尾纜，以發(fā)揮光纖光柵儀器的波分復(fù)用優(yōu)勢以節(jié)約數(shù)據(jù)采集通道。當(dāng)錨桿應(yīng)力計(jì)安裝時，需要將其串接在錨桿上，塞入鉆孔中，這樣就造成兩根尾纜中的一根必須在有限孔徑的鉆孔中折回，增加光損的同時也造成了很大的安裝難度及風(fēng)險(xiǎn)，甚至無法安裝。

第二，不具備專用的測溫FBG。由于FBG波長受溫度和應(yīng)變的雙重作用，有些錨桿應(yīng)力計(jì)安裝部位溫度變幅較大，如果應(yīng)變波長不扣除溫度的影響則對計(jì)算成果影響較大。尤其是當(dāng)錨桿應(yīng)力計(jì)埋設(shè)在大體積混凝土內(nèi)當(dāng)鋼筋計(jì)使用時，這種影響就更為明顯。

第三，偏心受力的情況下不能準(zhǔn)確反映錨桿應(yīng)力。光纖光柵錨桿應(yīng)力計(jì)一般是將應(yīng)變FBG固定在鋼筋一側(cè)，在隧道襯砌內(nèi)錨桿可能偏心受力，則其觀測成果將不能準(zhǔn)確反映真實(shí)應(yīng)力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實(shí)用新型公開了一種改進(jìn)的多光柵錨桿應(yīng)力計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)單端雙出纜方式。

為了達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：

一種單端雙出纜的多光柵錨桿應(yīng)力計(jì)，包括保護(hù)鋼套以及設(shè)置在保護(hù)鋼套中的光纖、夾持部件、溫度FBG、應(yīng)變FBG和定位部件，溫度FBG和應(yīng)變FBG串聯(lián)在光纖上，夾持部件將光纖固定在鋼筋上，光纖兩端連接有尾纜，兩端尾纜自保護(hù)鋼套同一端引出，定位部件套設(shè)在鋼筋外，光纖沿定位部件邊緣繞行后在應(yīng)力計(jì)內(nèi)折回。

進(jìn)一步的，所述定位部件具有上、下兩條側(cè)邊和頂部弧邊，上側(cè)邊與頂部弧邊一端交接處具有圓弧倒角，頂部弧邊另一端與下側(cè)邊交接處具有圓弧倒角，光纖沿定位部件上側(cè)邊延伸至頂部弧邊后再延伸至下側(cè)邊后行至鋼筋下側(cè)。

進(jìn)一步的，所述應(yīng)變FBG為兩個。

進(jìn)一步的，所述兩個應(yīng)變FBG分別設(shè)置在上下兩側(cè)光纖上。

進(jìn)一步的，所述定位部件上側(cè)邊和下側(cè)邊彼此平行。

進(jìn)一步的，所述夾持部件為四個，在鋼筋上下兩側(cè)各設(shè)置有兩個，分別用于夾持鋼筋上下兩側(cè)的光纖。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1.優(yōu)化光纖光柵錨桿應(yīng)力計(jì)設(shè)計(jì)，將光纖沿特定結(jié)構(gòu)在儀器內(nèi)部折回，形成單端雙出纜方式，通過定位部件保證光纖一定的轉(zhuǎn)彎半徑，減小光損，避免了安裝過程中的不確定性，提高儀器安裝的完好率，同時可以保證錨桿應(yīng)力計(jì)串聯(lián)數(shù)量。

2.在錨桿應(yīng)力計(jì)內(nèi)部增設(shè)與應(yīng)變FBG串接且處于自由狀態(tài)的測溫FBG，同時測量環(huán)境溫度，進(jìn)一步消除溫度對應(yīng)變FBG波長的影響。

3.在鋼筋主體的上下兩側(cè)分別設(shè)一個應(yīng)變FBG光柵，對二個光柵的應(yīng)變值觀測成果取均值，可以修正錨桿偏心受力對監(jiān)測成果的影響，得到更準(zhǔn)確的錨桿應(yīng)力。此外，當(dāng)二個應(yīng)變FBG光柵中如果有一個失效，仍可以使用另一個應(yīng)變FBG的測值作為監(jiān)測成果，提高了儀器的可靠性。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的錨桿應(yīng)力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型提供的單端雙出纜的多光柵錨桿應(yīng)力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為帶有定位部件的鋼筋部分立體示意圖，其中定位部件上設(shè)置有光纖。

圖4為定位部件結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記列表：

1尾纜，2光纖，3應(yīng)變FBG，4夾持部件，5保護(hù)鋼套，6鋼筋，7定位部件，701-上側(cè)邊，702-下側(cè)邊，703-頂部弧邊，8-溫度FBG。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型，應(yīng)理解下述具體實(shí)施方式僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。

如圖2所示，本實(shí)用新型提供的一種單端雙出纜的多光柵錨桿應(yīng)力計(jì)，包括保護(hù)鋼套5以及設(shè)置在保護(hù)鋼套5中的光纖2（具體為裸光纖）、夾持部件4、溫度FBG8、兩個應(yīng)變FBG3和定位部件7，光纖2兩端連接有尾纜1，少部分尾纜1也位于保護(hù)鋼套5中。如圖4所示，定位部件采用內(nèi)徑Ф=1mm塑料加工定型，平直段與儀器軸向一致且維持一定的長度。定位部件7套設(shè)在鋼筋6外，整體接近半圓筒形，定位部件7內(nèi)壁弧度與鋼筋6外壁完全相同，從而能夠緊密地貼合在鋼筋6外壁上，定位部件7具有上、下兩條側(cè)邊和頂部弧邊703，兩側(cè)邊彼此平行，長度約為10mm～20mm，兩側(cè)邊與頂面弧邊連接處具有圓弧倒角，倒角半徑R≥10mm，頂面弧邊的圓弧半徑R≥10mm，這樣，上側(cè)邊與頂部弧邊一頭交接處形成平滑過渡，頂部弧邊另一頭與下側(cè)邊交接處形成平滑過渡。如圖2、圖3所示，位于鋼筋上側(cè)的光纖沿定位部件7上側(cè)邊701延伸至頂部弧邊703后再延伸至下側(cè)邊702后行至鋼筋下側(cè)，這樣光纖2實(shí)現(xiàn)了在儀器內(nèi)部的折回，且能保證光纖一定的轉(zhuǎn)彎半徑，減小光損，提高儀器埋設(shè)安裝的完好率。與光纖2連接的兩端尾纜1自保護(hù)鋼套同一端引出，實(shí)現(xiàn)單端雙出纜，進(jìn)入保護(hù)鋼套的光纖和折回的光纖彼此平行。溫度FBG8和兩個應(yīng)變FBG3串聯(lián)在光纖2上，溫度FBG8處于自由狀態(tài)，能夠同時測量環(huán)境溫度，從而進(jìn)一步消除溫度對應(yīng)變FBG波長的影響。兩個應(yīng)變FBG3分別位于鋼筋的上側(cè)光纖和下側(cè)光纖上，當(dāng)鋼筋受力后，產(chǎn)生軸向變形，在輸水隧道的錨桿或環(huán)向鋼筋偏心受力時，鋼筋兩側(cè)將產(chǎn)生不均勻的應(yīng)變，在鋼筋主體的上下兩側(cè)分別設(shè)置的應(yīng)變FBG光柵能夠同時獲得測值，對兩個光柵的應(yīng)變值觀測成果取均值，這樣能夠了解鋼筋中心受力情況，并得到更準(zhǔn)確的錨桿應(yīng)力。這樣設(shè)計(jì)帶來的另一個優(yōu)勢是，當(dāng)二個應(yīng)變FBG光柵中如果有一個失效，扔可以根據(jù)另一個的測值得到監(jiān)測成果，提高了儀器的可靠性。需要說明的是，在鋼筋主體上下兩側(cè)分別設(shè)置應(yīng)變FBG效果更佳，如考慮成本或現(xiàn)場條件，也可能只連接一個應(yīng)變FBG。圖中，夾持部件為四個，鋼筋上下兩側(cè)分別設(shè)置兩個，用于夾持上下兩側(cè)的光纖。

光纖光柵錨桿應(yīng)力計(jì)從儀器的單側(cè)引出二根尾纜，方便安裝的同時仍可以發(fā)揮光纖光柵儀器的波分復(fù)用優(yōu)勢以節(jié)約數(shù)據(jù)采集通道。錨桿應(yīng)力計(jì)安裝時，將其串接在錨桿上，引出尾纜的一側(cè)保持在孔口側(cè)再塞入鉆孔中，避免引出尾纜在鉆孔中折回孔口，方便安裝。

應(yīng)變FBG波長受溫度和應(yīng)變的雙重作用，應(yīng)變波長扣除溫度的影響可以更準(zhǔn)確的反映錨桿應(yīng)力。尤其是錨桿應(yīng)力計(jì)埋設(shè)在大體積混凝土內(nèi)當(dāng)鋼筋計(jì)使用時，這種影響就更明顯。在訂購光柵時，需要向光柵生產(chǎn)廠家提出串接光柵的數(shù)量、間距、相應(yīng)波長。

溫度修正后的鋼筋應(yīng)力按下式計(jì)算：F=K×[(λ1－λ0)-2.3×（λt1-λt0）]

式中：K為錨桿應(yīng)力計(jì)或鋼筋計(jì)的靈敏度系數(shù)（MPa/nm）

λ1為應(yīng)變光柵當(dāng)前的波長值（nm）

λ0為應(yīng)變光柵初始的波長值(nm)

λt1為溫補(bǔ)光柵當(dāng)前波長值(nm)

λt0為溫補(bǔ)光柵初始波長值(nm)

經(jīng)過上式計(jì)算后，能夠進(jìn)一步消除溫度對應(yīng)變FBG波長的影響。

光纖光柵錨桿應(yīng)力計(jì)將二個應(yīng)變FBG固定在鋼筋的兩側(cè)，錨桿偏心受力時，對稱布置的兩個應(yīng)變光柵的平均值可以起到修正作用，從而得到更準(zhǔn)確的錨桿應(yīng)力。

本實(shí)用新型方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述實(shí)施方式所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。