(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211367570.5 (22)申请日 2022.11.03 (71)申请人 保利长大工程有限公司 地址 510000 广东省广州市天河区广州大 道中942号 (72)发明人 董春光　赵奇才　张溢　金鹤　 张万里　周黎明　刘红胜　罗平　 田智民　康丽军　 (74)专利代理 机构 广州市越秀区哲力专利商标 事务所(普通 合伙) 44288 专利代理师 曾令军 (51)Int.Cl. G01L 1/24(2006.01) G01H 9/00(2006.01) H04L 67/02(2022.01)H04L 67/10(2022.01) H04L 67/12(2022.01) H04Q 9/00(2006.01) (54)发明名称 一种桥梁应力检测系统 (57)摘要 本发明公开一种桥梁应力检测系统， 应用于 检测技术领域； 解决的技术问题是桥梁应力检测 数据准确率低， 采用的技术方案是桥梁应力检测 系统， 包括前置放大器、 辅助检测模块、 应力传感 器单元、 数据库模块、 应力预估模块、 应力检测模 块、 差异性 分析模块、 移动终端模块、 范围标记模 块和异常提示模块。 采用分布式光纤传感器对桥 梁的进行应力检测， 并结合准直结构的法布 里‑‑‑‑罗干涉仪通过对比光程差的方法对桥梁 长度距离测量。 光纤传感器通过测量这两个反射 峰的波长移动就可以同时测量桥梁温度和应变。 本发明实施方案可以实时判定出桥梁故障发生 事件， 大大提高了桥梁振动变化的感知能力， 与 移动终端模块相连接可以方便维护人员远程监 测桥梁的安全状况。 权利要求书4页 说明书9页 附图3页 CN 115420410 A 2022.12.02 CN 115420410 A 1.一种桥梁应力检测系统， 其特 征在于： 包括： 前置放大器， 用于采集桥梁上的应力数据， 将前置放大器采集的信号输入给辅助检测 模块和应力传感器； 所述前置放大器利用检测模块对光学信号进 行检测， 并进一步传递、 存 储、 控制、 计算和显示； 辅助检测模块， 用于辅助应力传感器采集桥梁应力的检测， 所述辅助检测模块采用POS 辅助空三数据建立 立体检测； 应力传感器单元， 用于检测桥梁应力， 并在检测桥梁应力基础上进行应力的仿真分析， 所述应力传感器采用光纤光 栅的冷轧板带应力传感器； 数据库模块， 用于存储桥梁应力的标准数据， 所述数据库模块采用Android的智能终端 通讯勘察设计系统数据库模块； 应力预估模块， 用于估计桥梁应力的数据， 所述应力预估模块通过应力波测量预估桥 梁的承载力并通过加速度积分得到的速度被用来作为波动方程的输入边界条件， 根据应力 波的力学机制调整土参数； 所述应力预估 模块采用C MIP6模式应力预估 模块； 应力检测模块， 用于接收应力预估模块和前置放大器的数据， 所述应力检测模块采用 分布式光纤传感器对桥梁的进 行应力检测， 并结合准直结构的法布里 ‑‑‑‑罗干涉仪通过对 比光程差的方法对桥梁长度距离测量， 进 行确认应力预估模块的数据和接收前置放大器的 输入信号； 差异性分析模块， 用于分析桥梁应力的异常情况， 所述差异性分析模块采用大数据平 台的B值分析模块； 异常提示模块， 用于警示员工桥梁应力不在正常范围内， 所述异常提示模块通过火灾 报警控制实现报警模式， 通过内嵌微处理器实现与桥梁应力控制器通讯、 电源总线模块工 作控制， 电源总线掉电检测、 输出控制、 输入信号逻辑状态判断、 输入输出线故障检测、 状态 指示灯控制模块接收到火灾报警控制器的启动命令后， 吸合输出继电器， 并点亮指示灯， 异 常提示模块接收到设备传来的回答信号后传到桥梁应力报警控制器； 范围标记模块， 用于标记桥梁应力正常范围内的面积， 所述范围标记模块由逻辑控制 电路、 D/A转换电路、 压控恒流源电路和电压监测保护电路组成， 采用编程逻辑解析处理器 的控制， 经过DA转换控制压控恒流源电路输出电流， 同时输出电流通过采样电阻转换成电 压送至AD转换， 并与预设值进行比较， 以实现电流输出； 移动终端模块， 用于移动设备中的核心部件， 所述移动终端模块采用5G模式移动终端 模块； 辅助检测单元的输出端连接应力预估模块的输入端， 所述数据库模块的输出端连接应 力预估模块的输入端， 所述应力传感器单元与应力预估模块的输出端共同连接应力检测模 块的输入端， 所述应力检测模块的输出端连接差异性分析模块的输入端， 差异性分析模块 的输出端连接异常提示模块的输入端， 所述异常提示模块的输出端连接范围标记模块的输 入端， 所述范围标记模块的输出端连接移动终端模块的输入端。 2.根据权利要求1所述的一种桥梁应力检测系统， 其特征在于： 所述分布式光纤传感器 包括光栅管、 海绵缓冲层和双层套筒， 光栅管包括两层圆柱状媒质， 内层为纤芯， 外层为包 层； 纤芯的折射率 c1大于包层的折射率 c2， 当入射角大于相应于临界角时， 入射光将不发生 折射， 光波沿着纤芯向前传播， 光纤传感器通过光信号检测桥梁应力变化数据， 实现桥梁应权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115420410 A 2力检测系统的检测工作。 3.根据权利要求1所述的一种桥梁应力检测系统， 其特征在于： 所述分布式光纤传感器 采用桥梁应力检测方法， 步骤 包括： （S1） 向光纤光栅施加预应变， 在加有预应变的情况下将光纤光栅的一部分粘贴在桥梁 悬臂梁上； （S2） 桥梁应力变化后， 未粘贴的光纤光栅形变恢复， 中心反射波长不变， 根据应变等于 形变与未变形时的体积比值， 粘贴在悬臂梁上的光纤光栅由于预应变的作用形变不能恢 复， 光纤光 栅的中心反射波长改变； （S3） 光纤传感器光栅管产生两个反射峰， 第一个反射峰反应了桥梁应变变化数值， 第 二个反射峰反应了桥梁温度变化数值； （S4） 光纤传感器通过测量第一个反射峰和第二个反射峰的波长变化数值， 根据应变和 温度变化之间的关系式测量 桥梁温度和应 变。 4.根据权利要求1所述的一种桥梁应力检测系统， 其特征在于： 所述光纤传感器测量桥 梁应力过程 步骤如下： 由于应变和温度 所引起的光纤传感器光栅管中心反射波长的变化是相互独立的， 当应 变和温度同时发生变化时， 光纤传感器光 栅管中心反射波长的变化 函数为： （1） 式 （1） 中， Δ λ是光纤传感器光栅管中心反射波长的变化， Δ ε是桥梁应力变化， Δ T是桥 梁温度变 化，k1是与光纤材料的泊松比和弹光系数有关的常数， k2是与光纤的热膨胀系数和 热光系数有关的常数， i=1， 2是两个反射峰的代 号； 当整个光栅区域产生应变Δ ε时， 由于部 分光栅粘贴于 桥梁上， 光纤传感器 光栅管的两个部分所产生的应变不同， 令α =Δ ε2/Δε1， 则 有应变关系函数表达式为： （2） 式 （2） 中， L1是光纤传感器光栅管未粘贴的部分， L2是光纤传感器光栅管粘贴在桥梁悬 臂梁的部分； 将公式 （2） 代入公式 （1） 中， 则光纤布拉格光栅的反射波长变化与整个光栅区 域的应变和温度变化之间的关系式为：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115420410 A 3