应变在线监测系统

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 1
器件 光纤光栅解调仪
型号 JPFBG-1100
2
光纤光栅温度补偿应变 JPFBGTS-260H
传感器
3
光纤光栅表面应变计 JPFBGS-250TH
4
光缆
5
服务器及显示器
6
防火墙及路由器
7
机柜
数量 1台
12 个 72 个 1000 米
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
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________________________________ 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：
指标 1. 通道数量：16 2. 频率：4.5Khz 3. 波长范围：1525～1565nm 4. 精度：±5pm 5. 分辨率： 1pm 6. 扫描方式：所有通道并行扫描 7. 光学接口：FC/APC 8. 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/50Hz 10. 工作温度：-10℃～＋50℃ 11. 存储温度：-20℃～＋60℃ 12. 功耗：＜10W 13. 电池使用时间 12 小时 14. 重量：3kg15. 外形尺寸：（L）482X（W）300X （H）89mm 温度量程 ：-50～300℃，测温精度：±0.5℃，分 辨率：0.1℃。 应变量程： ±2000με； 测量精度 0.5% FS; 环 境温度： -40-300℃ 量程： ±2000με； 测量精度 0.5% FS; 环境温 度： -40-300℃ 芯数和主机的通道数相匹配（按实际使用长度计 算） 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。
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。
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2.1 光纤光栅解调仪
为被测量物的热膨胀系数 为传感器的热膨胀系数， 为 16.6
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±2000με，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 5~8 个传感器。一共需要 13 个通道。
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应变在线监测系统
整体解决方案
版本 1.0
2011 年 12 月 11 日 杭州珏光物联网科技有限公司
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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。
5.2.6 物理量计算 在系统配置的项目设置中，可以对物理量的计算公式进行设置。在监测系统会自动根据公式，进行 物理量的计算。举例如下： 配置温度：
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：
监控室
路由器
光纤光栅解调仪
光缆
监测现场
光纤接续盒
服务器 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
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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。
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/με
应变测量的计算公式：
JPFBGS-260TH 的应变计算公式如下：
公式中：
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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。
•
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
1529 ~ 1557 每隔 4ns 一个传感器
7
8
1529 ~ 1557 每隔 4ns 一个传感器
八
8
7
1529 ~ 1553 每隔 4ns 一个传感器
9
7
1529 ~ 1553 每隔 4ns 一个传感器
十
10
5
1529 ~ 1545 每隔 4ns 一个传感器
十一
11
5
1529 ~ 1545 每隔 4ns 一个传感器
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修正记录
日期
1.0
2011-12-11
描述 初稿
作者 董大銮
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目录
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•
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/με
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。
层号
通道 传感器个数 波长分布
一
1
8
1529 ~ 1557 每隔 4ns 一个传感器
2
8
1529 ~ 1557 每隔 4ns 一个传感器
3
8
1529 ~ 1557 每隔 4ns 一个传感器
三
4
8
1529 ~ 1557 每隔 4ns 一个传感器
5
8
1529 ~ 1557 每隔 4ns 一个传感器
五
6
8
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为传感器系数； 本传感器系统为 0.802.。 为应变传感器 FBG 的波长变化 为应变传感器 FBG 的波长初始值 为在温度为 22℃时的传感器温度灵敏度； 为 1.833× 为温度补偿传感器 FBG 的波长变化 为温度补偿传感器 FBG 的波长初始值
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十二
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12
7
13
7
1529 ~ 1553 每隔 4ns 一个传感器 1529 ~ 1553 每隔 4ns 一个传感器
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。
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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。如下图： 其中前面 4 个测点，由于数据丢失导致的报警。最后一个测试测点，温度值过高导致的报警。
需要增加图片形象地表示
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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。
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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：