一种内置光纤光栅传感器智慧索结构的标记方法

技术领域

本发明涉及桥梁缆索领域。更具体地说，本发明涉及一种内置光纤光栅传感器智慧索结构的标记方法。

背景技术

目前，将光纤光栅传感器与传统缆索结构组合形成具有自我测量功能的智慧索结构，再利用智慧索结构监测工程结构安全性是当前对桥梁监测工程研究的热点。

智慧索结构包括单点式光纤光栅传感器与缆索组合形式以及多个串联在一起的光纤光栅传感器与缆索组合的形式，当智慧索结构由多个光纤光栅传感器与缆索组合时，由于光纤光栅传感器刻写间隔的累计误差以及将光纤光栅传感器封装时的余长或张力控制，实际上每个光纤光栅传感器在缆索结构内部的位置并非等间隔布置，这样就导致内嵌光纤光栅传感器的智慧索结构在实际应用过程中，理论光纤光栅传感器所处位置与实际监测位置有误差，无法直接一一对应，对监测数据的分析和应用带来一定难度，发挥不了智慧索的100％价值。

发明内容

本发明还有一个目的是提供一种对光纤光栅传感器的实际位置进行标记，解决内置光纤光栅传感器智慧索结构制造与应用过程中理论设计位置与实际监测位置不一致的内置光纤光栅传感器智慧索结构的标记方法。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种内置光纤光栅传感器智慧索结构的标记方法，具体包括以下步骤：

S1、将放索盘上智慧索预留内端的光纤通过尾纤与光纤解调仪连接，光纤解调仪与中央处理器通过网线连接；通过光纤解调仪采集智慧索内的波长数据，以获取智慧索波长的初始数据并传递给中央处理器进行存储；

S2、从放索盘上将智慧索的外端放出，依次经过第一支撑装置、加热装置、标记装置、第二支撑装置后与收索盘连接；

S3、同步驱动收索盘和放索盘转动以收放智慧索，在收放过程中，第一支撑装置和第二支撑装置用于支撑智慧索，保证智慧索在收放过程中的平稳性；利用加热装置对智慧索加热，同时光纤解调仪采集智慧索内的波长数据并同步传输给中央处理器，若采集的波长数据相较于步骤S1中获取的智慧索波长的初始数据有波动变化，中央处理器同步发送指令传达给标记装置，标记装置对此处智慧索的表面进行标记，标记出第一个光纤光栅传感器的位置；

S4、继续收放智慧索，重复步骤S3对下一个光纤光栅传感器的位置进行标记，直至完成智慧索内全部光纤光栅传感器位置的标记工作。

优选的是，所述步骤S3中，所述收索盘和所述放索盘均通过电机驱动转动，所述电机与所述中央处理器电性连接，通过所述中央处理器同步驱动收索盘和放索盘转动收放智慧索，收索盘的转动速度等于放索盘的转动速度，且收索盘收卷智慧索的拉力需满足以下关系：

F≥ql

式中：F为收索盘收卷智慧索的拉力；

q为智慧索的线密度；

l为第一支撑装置和第二支撑装置之间的间距；

f为第一支撑装置和第二支撑装置支撑点处的水平连线与智慧索实际线形之间的高度差。

优选的是，所述步骤S3中，标记装置对智慧索的标记速度大于所述收索盘的转动速度。

优选的是，所述第一支撑装置和所述第二支撑装置均包括支撑杆，所述支撑杆的顶部转动连接有支撑轮，所述智慧索放置在所述支撑轮上，两个所述支撑轮的顶面高度位于同一水平面。

优选的是，所述加热装置包括：

陶瓷发热圈，其套设在所述智慧索的外侧壁上，所述陶瓷发热圈的内侧壁不与所述智慧索的外侧壁接触，所述陶瓷发热圈通过电线与电源电性连接；

第一支架，其设置在所述陶瓷发热圈的外侧壁上，用于支撑所述陶瓷发热圈。

优选的是，位于所述陶瓷发热圈内的智慧索的中轴线与所述陶瓷发热圈的中轴线位于同一水平高度。

优选的是，所述标记装置包括：

壳体，其通过第二支架设置在所述智慧索的正上方，所述壳体的外侧壁上设有开口，所述壳体的底部设有通孔，所述壳体的内部设有容腔，所述容腔为弹性材质，所述容腔内填充有颜料，所述容腔的底部开设有出料口，所述出料口位于所述通孔的正上方；

电动推杆，其固定设置在所述第二支架上，所述电动推杆的自由端穿过所述壳体外侧壁上的开口进入到壳体的内部与所述容腔的外侧壁接触，所述电动推杆与所述中央处理器电性连接以进行数据传输。

优选的是，所述壳体的底部设有距离传感器，所述距离传感器与所述中央处理器电性连接以进行数据传输，所述距离传感器实时测量壳体底部与智慧索之间的距离数据并传输给所述中央处理器，通过所述中央处理器控制电机的转动速度，保证智慧索保持初始状态进行收放。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明通过加热装置对智慧索进行加热的同时监测其波长变化，对存在波长波动的位置进行标记，以获取光纤光栅传感器的实际位置，可解决内置光纤光栅传感器智慧索结构制造与应用过程中理论设计位置与实际监测位置不一致难题，最大限度发挥内置光纤光栅传感器智慧索结构的监测功能，降低对监测数据分析的难度，减轻工作人员的工作压力；

2、本发明的标记装置对智慧索进行标记的时，不与智慧索接触，不会对智慧索产生任何压力，也不会对当前智慧索的收放状态造成任何影响，可以使智慧索继续保持当前状态进行收放，进一步保证了标记位置的准确性；

3、本发明还设有距离传感器，用于对智慧索的收放过程进行监测，方便工作人员及时对智慧索的收放状态进行了解和调整，进一步保证了标记位置的准确性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明收放智慧索的示意图；

图2为本发明收索盘收卷智慧索的拉力示意图；

图3为本发明加热装置的结构示意图；

图4为本发明标记装置的结构示意图；

说明书附图标记说明：

1、智慧索，101、光纤光栅传感器，102、尾纤，2、加热装置，201、第一支架，202、陶瓷发热圈，203、电源，3、标记装置，301、壳体，302、容腔，303、电动推杆，4、第一支撑装置，401、支撑杆，402、支撑轮，5、放索盘，6、光纤解调仪，7、中央处理器，8、收索盘，9、距离传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供一种内置光纤光栅传感器智慧索结构的标记方法，具体包括以下步骤：

S1、将放索盘5上智慧索1预留内端的光纤通过尾纤102与光纤解调仪6连接，光纤解调仪6与中央处理器7通过网线连接；通过光纤解调仪6采集智慧索1内的波长数据，以获取智慧索1波长的初始数据并传递给中央处理器7进行存储；

S2、从放索盘5上将智慧索1的外端放出，依次经过第一支撑装置4、加热装置2、标记装置3、第二支撑装置后与收索盘8连接；

S3、同步驱动收索盘8和放索盘5转动以收放智慧索1，在收放过程中，第一支撑装置4和第二支撑装置用于支撑智慧索1，保证智慧索1在收放过程中的平稳性；利用加热装置2对智慧索1加热，同时光纤解调仪6采集智慧索1内的波长数据并同步传输给中央处理器7，若采集的波长数据相较于步骤S1中获取的智慧索1波长的初始数据有波动变化，中央处理器7同步发送指令传达给标记装置3，标记装置3对此处智慧索1的表面进行标记，标记出第一个光纤光栅传感器101的位置；

S4、继续收放智慧索1，重复步骤S3对下一个光纤光栅传感器101的位置进行标记，直至完成智慧索1内全部光纤光栅传感器101位置的标记工作。

在上述技术方案中，标记光纤光栅传感器101位置之前，先通过光纤解调仪6采集智慧索1波长的初始数据，采集时间不少于10min，采用频率不低于1Hz，以保证获取的智慧索1波长的初始数据的准确性；标记光纤光栅传感器101位置过程中，利用加热装置2对智慧索1进行加热，使得被加热处的智慧索1的温度高于环境温度，当被加热处存在光纤光栅传感器101时，受温度的影响，其波长值会变大，光纤解调仪6将采集的波长数据实时传递给中央处理器7，中央处理器7将接收到的实时波长数据与智慧索1波长的初始数据进行对比，若有变化，表示该处存在光纤光栅传感器101，则驱动标记装置3对该处的智慧索1的表面进行标记，以实现对光纤光栅传感器101位置标记的目的；在标记的过程中，由于标记装置3和加热装置2位置固定，标记装置3和加热装置2之间的间距根据测量可以得到，收索盘8收卷智慧索1的速度也是已知的，若加热装置2处存在光纤光栅传感器101，根据间距和收卷速度可以得到光纤光栅传感器101到达标记装置3所需的时间，通过控制从智慧索1波长数据存在变化到标记装置3标记的间隔时间为光纤光栅传感器101到达标记装置3所需的时间就可以确保标记装置3标记的位置为光纤光栅传感器101的位置；第一支撑装置4和第二支撑装置在智慧索1收放的过程中用于支撑智慧索1，避免智慧索1在收放时由于重力作用发生较大的颤动，影响加热效果和标记位置的准确性；本发明通过加热装置2对智慧索1进行加热的同时监测其波长变化，对存在波长波动的位置进行标记，以获取光纤光栅传感器101的实际位置，可解决内置光纤光栅传感器101智慧索1结构制造与应用过程中理论设计位置与实际监测位置不一致难题，最大限度发挥内置光纤光栅传感器101智慧索1结构的监测功能，降低对监测数据分析的难度，减轻工作人员的工作压力。

在另一种技术方案中，所述步骤S3中，所述收索盘8和所述放索盘5均通过电机驱动转动，所述电机与所述中央处理器7电性连接，通过所述中央处理器7同步驱动收索盘8和放索盘5转动收放智慧索1，收索盘8的转动速度等于放索盘5的转动速度，且收索盘8收卷智慧索1的拉力需满足以下关系：

F≥ql

式中：F为收索盘8收卷智慧索1的拉力；

q为智慧索1的线密度；

l为第一支撑装置4和第二支撑装置之间的间距；

f为第一支撑装置4和第二支撑装置支撑点处的水平连线与智慧索1实际线形之间的高度差。

在本技术方案中，如图2所示，收索盘8和放索盘5均通过支架支撑稳定，收索盘8和放索盘5分别通过两个电机驱动转动，电机与中央处理器7电性连接以进行数据传输，通过中央处理器7控制电机的转动速度以驱动收索盘8和放索盘5在规定的转速下收放智慧索1，实现自动控制；驱动收索盘8和放索盘5转动收放智慧索1时，收索盘8的转动速度等于放索盘5的转动速度的同时对收索盘8收卷智慧索1的拉力进行限定，可保证智慧索1在收放的过程中始终处于绷直状态，利用加热装置2对其加热时，保证智慧索1受热均匀，确保标记位置的精确性；同时智慧索1处于绷直状态，也便于标记装置3对其标记。

在另一种技术方案中，所述步骤S3中，标记装置3对智慧索1的标记速度大于所述收索盘8的转动速度。

在本技术方案中，标记装置3对智慧索1的标记速度大于收索盘8的转动速度，可以保证标记时的瞬时性，避免标记时间过久，产生标记偏差。

在另一种技术方案中，所述第一支撑装置4和所述第二支撑装置均包括支撑杆401，所述支撑杆401的顶部转动连接有支撑轮402，所述智慧索1放置在所述支撑轮402上，两个所述支撑轮402的顶面高度位于同一水平面。

在本技术方案中，支撑装置由支撑杆401和支撑轮402组成，智慧索1放置在支撑轮402上，转动的支撑轮402对智慧索1具有导向的作用，使得收索盘8在收卷智慧索1时，不会受到阻力影响，避免在收卷的过程中对智慧索1的表面产生损伤。

在另一种技术方案中，所述加热装置2包括：

陶瓷发热圈202，其套设在所述智慧索1的外侧壁上，所述陶瓷发热圈202的内侧壁不与所述智慧索1的外侧壁接触，所述陶瓷发热圈202通过电线与电源203电性连接；

第一支架201，其设置在所述陶瓷发热圈202的外侧壁上，用于支撑所述陶瓷发热圈202。

在本技术方案中，如图3所述，第一支架201为加热装置2的支撑骨架，电源203可固定设置在第一支架201上，选用陶瓷发热圈202对智慧索1进行加热，具有加热速度快，加热效果好的优点。

在另一种技术方案中，位于所述陶瓷发热圈202内的智慧索1的中轴线与所述陶瓷发热圈202的中轴线位于同一水平高度。

在本技术方案中，位于陶瓷发热圈202处的智慧索1处于陶瓷发热圈202的中轴线处，可进一步保证加热时智慧索1受热均匀，保证加热效果。

在另一种技术方案中，所述标记装置3包括：

壳体301，其通过第二支架设置在所述智慧索1的正上方，所述壳体301的外侧壁上设有开口，所述壳体301的底部设有通孔，所述壳体301的内部设有容腔302，所述容腔302为弹性材质，所述容腔302内填充有颜料，所述容腔302的底部开设有出料口，所述出料口位于所述通孔的正上方；

电动推杆303，其固定设置在所述第二支架上，所述电动推杆303的自由端穿过所述壳体301外侧壁上的开口进入到壳体301的内部与所述容腔302的外侧壁接触，所述电动推杆303与所述中央处理器7电性连接以进行数据传输。

在本技术方案中，如图4所示，第二支架为标记装置3的支撑骨架，壳体301固定设置在第二支架上，壳体301的内部设有填充有颜料的容腔302，容腔302为弹性材料制成；当中央处理器7检测到光纤解调仪6采集的波长数据与智慧索1波长的初始状态对比有变化时，中央处理器7发送指令驱动电动推杆303的自由端继续伸长压缩容腔302，容腔302内的颜料在电动推杆303的挤压下从出料口和通孔处滴落在智慧索1的外侧壁上，对光纤光栅传感器101的位置进行标记；电动推杆303挤压容腔302完成后，中央处理器7驱动电动推杆303恢复到初始状态，避免继续挤压容腔302造成标记错误；与传统的标记装置3相比，本发明的标记装置3对智慧索1进行标记的时，不与智慧索1接触，不会对智慧索1产生任何压力，也不会对当前智慧索1的收放状态造成任何影响，可以使智慧索1继续保持当前状态进行收放，进一步保证了标记位置的准确性；颜料具有黏性，只有在受到挤压时才会滴落，可避免颜料随意滴落造成标记错误的情况发生。

在另一种技术方案中，所述壳体301的底部设有距离传感器9，所述距离传感器9与所述中央处理器7电性连接以进行数据传输，所述距离传感器9实时测量壳体301底部与智慧索1之间的距离数据并传输给所述中央处理器7，通过所述中央处理器7控制电机的转动速度，保证智慧索1保持初始状态进行收放。

在本技术方案中，由于智慧索1具有一定的韧性，其缠绕在放索盘5上时无法始终紧密有序的缠绕，且智慧索1呈若干层缠绕在放索盘5上更容易出现松散缠绕的现象；若智慧索1在收放过程中，出现松散缠绕现象，放索盘5在释放智慧索1时，会突然释放更多长度的智慧索1，此时，收索盘8和放索盘5继续按照当前的收放速度对智慧索1进行收放，智慧索1则无法保持绷直状态，从而会影响标定位置的准确性，为避免上述情况发生，在标记装置3壳体301的底部设置距离传感器9，距离传感器9与中央处理器7之间进行数据传输，首先通过距离传感器9监测智慧索1在绷直状态下显示的距离数据并传输给中央处理器7进行存储，随后在智慧索1收卷的过程中，工作人员通过观察中央处理器7接收到的距离传感器9传输的数据与存储的数据进行对比，就可知道当前智慧索1是否处于绷直状态，方便工作人员及时对智慧索1的收卷状态进行了解和调整；若当前智慧索1处于松弛状态，通过中央处理器7控制收索盘8的电机停止工作的同时驱动放索盘5的电机反向转动收紧智慧索1的方式使智慧索1再次处于绷直状态，随后再次调整收缩盘和放索盘5按照初始转动速度继续收放智慧索1。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。