一种基于光纤传感的桥体振动监测方法

技术领域

本发明涉及DAS光纤传感器技术领域，特别涉及一种基于DAS光纤传感的桥体动载荷监测方法。

背景技术

分布式光纤声波传感(DAS)技术利用光纤本身作为传感器进行信号采集，可以实现对动态应变的长距离、分布式、多点的实时定量监测，具有结构简单、传感距离长、监测精度高、环境适应性强等优点。

现有技术中已经有将DAS系统的光纤部署在桥体表面进行桥体动载荷监测的研究及应用，如申请号为2021105515856的发明专利公开了一种基于光纤声波传感的桥梁结构健康监测装置，其采用将分布式光纤声波传感器按照直线方式等距布设在桥梁的路基中，通过分布式光纤声波传感器实时采集和定位施加在分布式光纤声波传感器上的振动信号，对桥梁结构自身弹性波、受外界影响所产生的振动波进行监测。但是该专利技术纯在以下技术缺陷：

1)其布设的光纤不仅会监测到桥梁自身振动信号，还会检测到外界振动信号，而外界振动信号属于噪声，在根据光纤监测到的振动信号分析桥梁应变时，噪声信号会影响桥梁应变分析结果的准确性，进而不利于对桥梁健康状态的准确判断。

2)将光纤沿直线布置在桥梁路基中，则布置过程中需要挖开路面，这会对桥梁结构造成破坏，不利于桥梁健康。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于光纤传感的桥体振动监测方法，以解决对桥梁振动信号进行监测的技术问题，并解决环境噪声影响桥梁振动信号监测准确性以及避免现有布置光纤的方式会破坏桥梁结构的技术问题。

本发明基于光纤传感的桥体振动监测方法包括：

1)沿桥体长度方向从桥体的第一端向桥体的第二端布置桥体监测光纤，采用涂抹有胶结剂的玻璃纤维布将桥体监测光纤沿直线紧紧粘贴在箱梁孔的顶部；并在桥体监测光纤经过箱梁端部的孔口时，留出用于标记箱梁端部位置的光纤标记段，所述光纤标记段成环形盘绕；然后再反向从桥体第二端向第一端布置背景噪声监测光纤，返回的背景噪声监测光纤在箱梁孔内沿桥体长度方向松弛布置；桥体监测光纤的输出端和背景噪声监测光纤的输入端连接；

2)将桥体监测光纤的输入端与DAS系统的光源连接，将背景噪声监测光纤的输出端与DAS系统的解调仪连接；

3)通过光源向桥体监测光纤和背景噪声监测光纤发送探测光信号，通过解调仪对接收到的光信号进行解调，通过解调得到桥体监测光纤感测到的综合振动信号和背景噪声监测光纤感测到的背景噪声，再用综合振动信号减去背景噪声，得到桥体真实振动信号。

本发明的有益效果：

1、本发明基于光纤传感的桥体振动监测方法，其将桥体监测光纤采用涂抹有胶结剂的玻璃纤维布紧紧粘贴在桥体的箱梁孔顶部，由于桥体监测光纤与桥体紧密贴合，因此其能敏感的感测到桥体振动，同时粘贴布置的方式避免了对桥体结构的破坏。

2、由于桥体监测光纤布置的桥体外部，这使得外部环境中的振动信号也容易被桥体监测光纤感测到，如外部环境中的声音、风等作用于桥体监测光纤，从而会让桥体监测光纤感测到的振动信号含有背景噪声，而背景噪声会影响对桥体振动监测的准确性；因此为了解决背景噪声问题，本发明还布置了背景噪声监测光纤，背景噪声监测光纤在桥体长度方向上松弛布置，使其对沿桥体长度方向传递的桥体振动不敏感，但是却对背景振动敏感。在信号处理时，将桥体监测光纤感测到的综合振动信号减去背景噪声监测光纤感测到的背景噪声，从而能得到桥体真实振动信号，如此能提高对桥体振动监测的准确性。

3、将桥体监测光纤布置于桥体箱梁孔内，可以减小背景噪声的干扰。

附图说明

图1为光纤沿桥体长度方向布置的示意图；

图2为桥体监测光纤粘接在桥体箱梁孔顶部上的示意图。

具体实施方式

本实施例中基于光纤传感的桥体振动监测方法包括：

1)沿桥体长度方向从桥体1的第一端向桥体的第二端布置桥体监测光纤2，所述桥体包括若干个依次连接的箱梁，采用涂抹有胶结剂3的玻璃纤维布4将桥体监测光纤沿直线紧紧粘贴在箱梁孔5的顶部；并在桥体监测光纤经过箱梁端部的孔口时，留出用于标记箱梁端部位置的光纤标记段6，光纤标记段6的长度可在10米左右，所述光纤标记段成环形盘绕，环形盘绕可以让光纤圆滑的通过箱梁，避免光纤大角度弯折而出现损坏问题；然后再反向从桥体第二端向第一端布置背景噪声监测光纤7，返回的背景噪声监测光纤在箱梁孔内沿桥体长度方向松弛布置，在具体实施中可以采用卡扣或免钉胶等间隔式固定背景噪声监测光纤；桥体监测光纤的输出端和背景噪声监测光纤的输入端连接。

2)将桥体监测光纤的输入端与DAS系统8的光源连接，将背景噪声监测光纤的输出端与DAS系统的解调仪连接。

3)通过光源向桥体监测光纤和背景噪声监测光纤发送探测光信号，通过解调仪对接收到的光信号进行解调，通过解调得到桥体监测光纤感测到的综合振动信号和背景噪声监测光纤感测到的背景噪声，再用综合振动信号减去背景噪声，得到桥体真实振动信号。

本实施例中基于光纤传感的桥体振动监测方法，其将桥体监测光纤采用涂抹有胶结剂的玻璃纤维布紧紧粘贴在桥体的箱梁孔顶部，由于桥体监测光纤与桥体紧密贴合，因此其能敏感的感测到桥体振动，同时粘贴布置的方式避免了对桥体结构的破坏。

由于桥体监测光纤布置的桥体外部，这使得外部环境中的振动信号也容易被桥体监测光纤感测到，如外部环境中的声音、风等作用于桥体监测光纤，从而会让桥体监测光纤感测到的振动信号含有背景噪声，而背景噪声会影响对桥体振动监测的准确性；因此为了解决背景噪声问题，本发明还布置了背景噪声监测光纤，在信号处理时，将桥体监测光纤感测到的综合振动信号减去背景噪声监测光纤感测到的背景噪声，从而能得到桥体真实振动信号，如此能提高对桥体振动监测的准确性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但这些实质相同的修改或等同替换方案与均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。