涉水建筑物健康感知分布式光纖率定系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的涉水建筑物健康感知分布式光纖率定系統(tǒng)及方法，屬于水利與水電工程安全領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于大壩、堤防、水閘、渡槽、涵管、渠道等涉水建筑物而言，結(jié)構(gòu)健康的快速可靠監(jiān)測(cè)對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患、保障其安全服役具有極為重大的意義。隨著分布式光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，借助其獲取結(jié)構(gòu)性態(tài)信息、感知結(jié)構(gòu)健康狀況，已成為水利、土木等工程安全領(lǐng)域重要的研宄方向，并取得了較豐富的理論成果、積累了大量寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。但在實(shí)際涉水建筑物的應(yīng)用中，由于工作環(huán)境、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等的特殊性，諸如光纖率定等許多技術(shù)問題尚待解決和改進(jìn)。
[0003]傳統(tǒng)點(diǎn)式監(jiān)測(cè)儀器、技術(shù)等多有相應(yīng)的監(jiān)測(cè)規(guī)范、流程，但對(duì)于涉水建筑物健康的分布式光纖感知，尚無明確和成熟的操作及使用規(guī)定，特別是實(shí)際涉水建筑物健康感知中所用光纖長度有時(shí)達(dá)上千米，重量達(dá)幾百公斤，對(duì)于影響其監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性及精度的率定問題，更是缺少必要的解決手段和措施。
[0004]在傳感光纖長于100米的監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，目前多基于分段率定的思想，借助常規(guī)溫度計(jì)對(duì)其中某一段或某幾段進(jìn)行率定，用所選段溫度系數(shù)的平均值作為整根傳感光纖的溫度系數(shù)，其精準(zhǔn)度將隨傳感光纖長度的增長而不斷降低，且該方法存在率定效率低、率定長度短、承載重量輕、升降溫困難、溫度不易控制等弊端。長距離大范圍的高效率定問題，成為了分布式傳感技術(shù)在涉水建筑物健康感知實(shí)際工程大規(guī)模應(yīng)用和推廣中的重要阻礙因素之一，急切需要研發(fā)一種新型的率定距離長、承載重量大、精度和效率高的涉水建筑物健康感知分布式光纖率定系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種涉水建筑物健康感知分布式光纖率定系統(tǒng)及方法，率定效率高、率定距離遠(yuǎn)、承載重量大、升溫降溫控制方便。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種涉水建筑物健康感知分布式光纖率定系統(tǒng)，包括絕熱桶、位于絕熱桶內(nèi)的若干個(gè)率定模塊。率定模塊環(huán)繞絕熱桶的軸線布置，率定模塊包含通軸、第一電子溫度計(jì)和第二電子溫度計(jì)，通軸上纏繞待率定光纜，待率定光纜與絕熱桶外的光纖溫度解調(diào)儀連接，第一電子溫度計(jì)和第二電子溫度計(jì)分別與絕熱桶外的第一控溫表和第二控溫表連接，絕熱桶的桶壁內(nèi)設(shè)有用于加熱絕熱桶中水的溫源熱絲，溫源熱絲與絕熱桶外的功率控溫表連接，第一控溫表通過第一控溫表導(dǎo)線同時(shí)與第一斷電彈簧和第二斷電彈簧連接，第一斷電彈簧與第一導(dǎo)電磁鐵連接，第一導(dǎo)電磁鐵同時(shí)與電磁電路開關(guān)和第二導(dǎo)電磁鐵串聯(lián)連接，第一導(dǎo)電磁鐵與第一導(dǎo)電鐵敏塊對(duì)向布置，第一導(dǎo)電鐵敏塊通過泵機(jī)電纜線與泵機(jī)連接，泵機(jī)位于循環(huán)水箱內(nèi)，泵機(jī)通過壓力進(jìn)水管將循環(huán)水箱內(nèi)的水輸入到絕熱桶內(nèi)；所述第二控溫表通過第二控溫表導(dǎo)線與第三斷電彈簧連接，第三斷電彈簧與第三導(dǎo)電磁鐵連接，第三導(dǎo)電磁鐵與第三導(dǎo)電鐵敏塊對(duì)向布置，第三導(dǎo)電磁鐵同時(shí)通過電阻熱敏開關(guān)與電源連接，電源與電磁電路開關(guān)連接；所述功率控溫表通過功率溫控導(dǎo)線同時(shí)與第三導(dǎo)電鐵敏塊和第二導(dǎo)電鐵敏塊連接，第二導(dǎo)電鐵敏塊與第三導(dǎo)電鐵敏塊串聯(lián)連接，第二導(dǎo)電磁鐵和第三導(dǎo)電磁鐵串聯(lián)連接，第二導(dǎo)電磁鐵與第二斷電彈簧串聯(lián)連接。
[0007]作為優(yōu)選，所述絕熱桶包含桶體和桶蓋，所述桶體由外到內(nèi)包含外硬護(hù)桶、絕熱中層、熱絲放置層和內(nèi)硬護(hù)層，桶蓋為絕熱硬護(hù)板，桶體的頂部設(shè)有護(hù)板槽，絕熱硬護(hù)板下方安裝有可沿護(hù)板槽移動(dòng)的護(hù)板橫軌。
[0008]作為優(yōu)選，所述通軸下端通過螺紋安裝在內(nèi)硬護(hù)層，通軸的頂端通過頂板螺紋與頂板連接，頂板上端面與罩網(wǎng)連接。
[0009]作為優(yōu)選，所述第一電子溫度計(jì)和第二電子溫度計(jì)分別通過電導(dǎo)線與第一控溫表和第二控溫表連接，電導(dǎo)線位于內(nèi)硬護(hù)層內(nèi)。
[0010]作為優(yōu)選，所述待率定光纜、溫源熱絲和壓力進(jìn)水管分別穿過絕熱桶的桶壁。
[0011]作為優(yōu)選，所述泵機(jī)通過連通管與篩漏網(wǎng)連接，篩漏網(wǎng)與尾端管連接。
[0012]作為優(yōu)選，所述罩網(wǎng)沿著頂板及通軸環(huán)向布置，溫源熱絲沿著熱絲放置層進(jìn)行從底到高的整體環(huán)向布置，絕熱中層、內(nèi)硬護(hù)層靠近溫源熱絲一側(cè)均設(shè)有金屬護(hù)層保護(hù)。
[0013]一種上述的涉水建筑物健康感知分布式光纖率定系統(tǒng)的率定方法，包括以下步驟:
[0014]第一步，裝配各組件、連接各電路，沿著護(hù)板槽向兩邊推開帶護(hù)板橫軌的絕熱硬護(hù)板，將罩網(wǎng)移除，將頂板從通軸的頂板螺紋上旋出，將通軸從內(nèi)硬護(hù)層中旋出，將待率定光纜沿著通軸進(jìn)行螺旋狀纏繞，后經(jīng)罩網(wǎng)、外硬護(hù)桶、絕熱中層、熱絲放置層和內(nèi)硬護(hù)層引到率定系統(tǒng)外；
[0015]第二步，將通軸沿著底板螺紋旋入到內(nèi)硬護(hù)層中，將頂板通過頂板螺紋旋接到通軸上，后將罩網(wǎng)旋入到內(nèi)硬護(hù)層中，構(gòu)成內(nèi)封閉環(huán)境，以待加熱，沿著護(hù)板槽向中間推入帶護(hù)板橫軌的絕熱硬護(hù)板，最后，封閉整個(gè)率定系統(tǒng)，將待率定光纜引至光纖溫度解調(diào)儀中，打開光纖溫度解調(diào)儀；
[0016]第三步，根據(jù)通軸上所纏繞的待率定光纜長度，確定加水量，打開第一控溫表和第二控溫表，第一控溫表及第二控溫表上將實(shí)時(shí)顯示待率定光纜所在水體中的溫度，將第一控溫表及第二控溫表調(diào)至到需要加熱的溫度值，打開電源，利用第三導(dǎo)電磁鐵、第二導(dǎo)電磁鐵、第一導(dǎo)電磁鐵分別吸附第三導(dǎo)電鐵敏塊、第二導(dǎo)電鐵敏塊、第一導(dǎo)電鐵敏塊，通過功率控溫表對(duì)溫源熱絲進(jìn)行通電加熱，當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，通過電阻熱敏開關(guān)使得第三導(dǎo)電磁鐵、第二導(dǎo)電磁鐵、第一導(dǎo)電磁鐵失去磁性，后經(jīng)第三斷電彈簧、第二斷電彈簧、第一斷電彈簧將第三導(dǎo)電鐵敏塊、第二導(dǎo)電鐵敏塊、第一導(dǎo)電鐵敏塊分別從第三導(dǎo)電磁鐵、第二導(dǎo)電磁鐵、第一導(dǎo)電磁鐵上彈開，保持恒溫，率定開始；
[0017]第四步，在需要降溫時(shí)，打開電源，斷開功率控溫表，通過第三導(dǎo)電磁鐵、第二導(dǎo)電磁鐵、第一導(dǎo)電磁鐵產(chǎn)生的磁性，利用泵機(jī)電纜線將泵機(jī)打開，循環(huán)水箱內(nèi)的冷水通過壓力進(jìn)水管對(duì)已加熱水體進(jìn)行熱量交換，實(shí)現(xiàn)降溫，待第一控溫表及第二控溫表達(dá)到待降溫?cái)?shù)值之后，通過電阻熱敏開關(guān)使得第三導(dǎo)電磁鐵、第二導(dǎo)電磁鐵、第一導(dǎo)電磁鐵失去磁性，通過第三斷電彈簧、第二斷電彈簧、第一斷電彈簧實(shí)現(xiàn)溫降恒定，在該溫降數(shù)值下進(jìn)行率定；
[0018]第五步，將光纖溫度解調(diào)儀獲取的結(jié)果值與第一控溫表及第二控溫表上獲取的結(jié)果值基于光纖溫度傳感公式進(jìn)行比對(duì)分析，最終完成率定分析。
[0019]在本發(fā)明中，電磁電路開關(guān)打開后，第三導(dǎo)電磁鐵、第二導(dǎo)電磁鐵、第一導(dǎo)電磁鐵因瞬時(shí)通電產(chǎn)生磁性，后分別將第三導(dǎo)電鐵敏塊、第二導(dǎo)電鐵敏塊、第一導(dǎo)電鐵敏塊吸到對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電磁鐵上，功率控溫表會(huì)被連成通路，以此，對(duì)溫源熱絲進(jìn)行加熱，當(dāng)達(dá)到第一控溫表或者第二控溫表上的溫度數(shù)值時(shí)，在連通電路中的電阻熱敏開關(guān)會(huì)斷開，此時(shí)，第三導(dǎo)電磁鐵、第二導(dǎo)電磁鐵、第一導(dǎo)電磁鐵失去磁性，后借助被壓縮的第三斷電彈簧、第二斷電彈簧、第一斷電彈簧，將失去磁性的第三導(dǎo)電磁鐵、第二導(dǎo)電磁鐵、第一導(dǎo)電磁鐵分別從第三導(dǎo)電鐵敏塊、第二導(dǎo)電鐵敏塊、第一導(dǎo)電鐵敏塊上彈開，保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，停止加熱，實(shí)現(xiàn)升溫。
[0020]當(dāng)電磁電路開關(guān)所在的電路連通時(shí)，斷開功率控溫表，打開泵機(jī)，基于設(shè)定的需要降低的溫度，通過壓力進(jìn)水管將冷水注入率定裝置中，在達(dá)到預(yù)定的溫降值時(shí)，電阻熱敏開關(guān)斷開，第三導(dǎo)電磁鐵、第二導(dǎo)電磁鐵、第一導(dǎo)電磁鐵失去磁性，第三斷電彈簧、第二斷電彈簧、第一斷電彈簧將失去磁性的第三導(dǎo)電磁鐵、第二導(dǎo)電磁鐵、第一導(dǎo)電磁鐵分別從第三導(dǎo)電鐵敏塊、第二導(dǎo)電鐵敏塊、第一導(dǎo)電鐵敏塊上彈開