应变在线监测系统

应变在线监测系统整体解决方案版本 1.02011年12月11日杭州珏光物联网科技有限公司修正记录版本日期描述作者1.02011-12-11初稿董大銮目录修正记录2目录31解决方案42关键硬件设备的技术指标及产品特点52.1光纤光栅解调仪62.2光纤光栅应变传感器62.3光纤光栅温度补偿应变传感器73传感器分布84传感器安装94.1钢材料连接94.2混泥土连接95FBG在线实时监测系统105.1简要说明105.2功能说明105.2.1主页105.2.2拓扑结构115.2.3实时数据115.2.4历史数据125.2.5报警信息125.2.6物理量计算121 解决方案塔架结构状态在线监测系统主要由珏光科技生产的JPFBG-1000光纤光栅解调仪、JPFBGT-300H光纤光栅温度传感器、JPFBGS-200TH光纤光栅表面应变计等光纤光栅产品，和珏光科技FBG在线实时监测软件系统组成。系统部署中还需配备必要的网络环境、以及服务器等等。典型的光纤光栅传感系统如下图所示：服务器光纤光栅解调仪路由器监控室光缆监测现场光纤接续盒光纤光栅传感器光纤光栅传感器图1： 光纤光栅系统组成关键硬件设备的技术指标及产品特点2 关键硬件设备的技术指标及产品特点根据具体塔架要求，该系统的硬件清单如下表所示：编号器件型号数量指标1光纤光栅解调仪JPFBG-11001台1. 通道数量：162. 频率：4.5Khz3. 波长范围：15251565nm4. 精度：5pm5. 分辨率： 1pm6. 扫描方式：所有通道并行扫描 7. 光学接口：FC/APC8. 通信接口：100M以太网9. 报警方式：短信报警，继电器报警9. 电源：交流220V/50Hz10. 工作温度：-105011. 存储温度：-206012. 功耗：10W13. 电池使用时间 12小时14. 重量：3kg15. 外形尺寸：（L）482X（W）300X（H）89mm2光纤光栅温度补偿应变传感器JPFBGTS-260H12个温度量程 ：-50300，测温精度：0.5，分辨率：0.1。应变量程： 2000； 测量精度0.5% FS; 环境温度： -40-3003光纤光栅表面应变计JPFBGS-250TH72个量程： 2000； 测量精度0.5% FS; 环境温度： -40-3004光缆1000米芯数和主机的通道数相匹配（按实际使用长度计算）5服务器及显示器DELL PowerEdge R710(Xeon E5506/2GB/300GB)； 服务器的价格变化很大， 根据计算要求而定。本方案建议的服务器是能到达计算要求的。客户可以自购， 如果市场价格有变化， 我们将另做调整。6防火墙及路由器7机柜4U标准机柜，用于安放主机及工控机及显示器等； 最好是有机柜， 根据客户而定。2.1 光纤光栅解调仪图2： 珏光科技光纤光栅解调仪JPFBG-1100外形珏光科技光纤光栅解调仪网络一体机是结合当今最先进的光纤技术、电脑技术及信号处理技术研发成功的；系统采用模块式设计，方便客户根据不同需求、工程特点配置适合的测量通道、软件功能；系统关键部分没有易损配件，具有可靠性高、使用方便等优点。产品特点： 可靠性高：高度集成，没有可移动的光学组件； 检测高效精确：实现绝对测量，检出量为波长信息，检测频率可达到5KHZ/S；波长无需校准，范围可宽至80nm；采用波分复用技术，易于实现分布式测量；信号不受光强影响，抗干扰能力强； 波长解调精度为5pm；分辨率 1pm； 机内配有网络数据采集服务器， 可以向远处服务器自动更新采集数据， 有相应的软件接口可供第三方开发； 支持TCP/IP网络设置，系统可以远程设置， 易于管理； 关键光纤光栅波长解调器件符合美国军方标准MIL-STD-810 国防部试验方法标准环境工程考虑和实验室试验； 软件易于升级定制：产品还可根据客户实际需要定制软件接口或扩展硬件接口。2.2 光纤光栅应变传感器图3： 珏光科技光纤光栅应变传感器JPFBGS-250TH光纤应变传感器是珏光科技自主研发的纤传感器，产品利用紫外光通过掩膜光栅照射到裸光纤上，引起裸光纤纤芯折射率的永久性变化，形成布拉格光栅；在受到温度或应力应变变化时，光栅的栅距同时发生变化，从而精确地测量温度或应变。该传感器需要抵消温度产生的影响。 产品特点： 稳定性好、可靠性高； 光栅本身采用切趾技术，中心波长稳定、光栅边模抑制比高； 采用无胶封装技术先进， 可在300下正常工作； 灵敏度高，可达 1 1.4 pm/2.3 光纤光栅温度补偿应变传感器图3： 珏光科技光纤光栅温度补偿应变传感器JPFBGS-260TH光纤应变传感器是珏光科技自主研发的纤传感器，产品利用紫外光通过掩膜光栅照射到裸光纤上，引起裸光纤纤芯折射率的永久性变化，形成布拉格光栅；在受到温度或应力应变变化时，光栅的栅距同时发生变化，从而精确地测量温度或应变。内置两个FBG传感器， 可以有效地抵消温度对应变的影响。 产品特点： 稳定性好、可靠性高； 光栅本身采用切趾技术，中心波长稳定、光栅边模抑制比高； 采用无胶封装技术先进， 可在300下正常工作； 灵敏度高，可达 1 1.4 pm/应变测量的计算公式：JPFBGS-260TH的应变计算公式如下：=106S0S-T0TFG-T0TSTCTES-CTET公式中：FG为传感器系数； 本传感器系统为0.802.。S为应变传感器FBG的波长变化0S为应变传感器FBG的波长初始值ST为在温度为22时的传感器温度灵敏度； 为1.83310-5T为温度补偿传感器FBG的波长变化0T为温度补偿传感器FBG的波长初始值CTES为被测量物的热膨胀系数CTET为传感器的热膨胀系数， 为16.6 mm 3 传感器分布整个系统一共使用82个传感器，每一个应变传感器测量范围为2000，其中12个传感器是带温度补偿应变传感器。实际上相当于94个独立的光纤光栅传感器，每2个传感器之间波长间隔为4ns。每个通道安装58个传感器。一共需要13个通道。层号通道传感器个数波长分布一181529 1557每隔4ns一个传感器281529 1557每隔4ns一个传感器381529 1557每隔4ns一个传感器三481529 1557每隔4ns一个传感器581529 1557每隔4ns一个传感器五681529 1557每隔4ns一个传感器781529 1557每隔4ns一个传感器八871529 1553每隔4ns一个传感器971529 1553每隔4ns一个传感器十1051529 1545每隔4ns一个传感器十一1151529 1545每隔4ns一个传感器十二1271529 1553每隔4ns一个传感器1371529 1553每隔4ns一个传感器4 传感器安装4.1 钢材料连接1. 先用砂纸清洁目标表面。2. 将传感器放置在目标表面上，并用胶纸粘牢传感器两端。3. 使用电焊机，焊接传感器4个固定点。4. 等待几分钟， 撕除固定用的胶纸，传感器安装完毕。4.2 混泥土连接1. 先用冲击钻打直径8mm的孔，一般4只孔（与应变计的固定孔尺寸匹配）。2. 安装直径6mm的膨胀螺栓，并拧紧。3. 安装传感器。需要增加图片形象地表示5 FBG在线实时监测系统5.1 简要说明 FBG桥梁在线实时监测系统是珏光科技自主开发的软件系统， 它是基于B/S架构的软件系统， 集成了Microsoft Silverlight技术、SQL数据库系统， .Net4.0等最新技术开发的物联网工程管理软件平台， 它可以管理多台光纤光栅解调仪。 可以远程查询结果，服务器软件系统自动运行与后台，可自动接收采集仪的数据，对采集的波长值进行物理量计算，对异常的计算结果自动进行报警，并将计算结果以及报警结果保存在数据库中。通过在线系统查看实时的计算结果，历史结果，报警信息。可以查看整个系统的传感器部署的拓扑结构。导出和打印数据。 图4. 软件架构图该系统可以根据客户的需求进行定制， 可以扩展如下的功能：1） 可以增加CAD技术2） 可以实现C/S架构3） 可以与视频监控系统无缝连接。 5.2 功能说明5.2.1 主页以图形化显示各个测点的数值。如下图：其中左侧应变：传感器发生故障导致无测量结果。以红色表示。左侧温度正常，以绿色表示。图5. 软件界面图5.2.2 拓扑结构拓扑结构直观可以显示各个设备的每一个通道布置图，以及每一个通道测点的实时测值。如下图:当前通道接了2个传感器（左侧温度和左侧应变）。鼠标放置于左侧温度上面后， 可以显示实时结果。根据报警条件，左侧温度是正常（绿色表示）；而左侧应变发生了报警（红色表示），具体报警信息在报警信息中查看。5.2.3 实时数据动态刷新并显示各个传感器最新的物理量数值。可以到处支持导出和打印。5.2.4 历史数据查询显示各个传感器的历史数值。支持导出和打印。根据查询的结果，绘制每一个物理量随时间变化的过程线。5.2.5 报警信息查询显示各个报警信息数据。如下