應(yīng)變在線監(jiān)測系統(tǒng)

1、應(yīng)變在線監(jiān)測系統(tǒng)整體解決方案版本 1.02011年12月11日杭州玨光物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司修正記錄版本日期描述作者1.02011-12-11初稿董大鑾目錄修正記錄2目錄31解決方案42關(guān)鍵硬件設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及產(chǎn)品特點(diǎn)52.1光纖光柵解調(diào)儀62.2光纖光柵應(yīng)變傳感器62.3光纖光柵溫度補(bǔ)償應(yīng)變傳感器73傳感器分布84傳感器安裝94.1鋼材料連接94.2混泥土連接95FBG在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)105.1簡要說明105.2功能說明10主頁10拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)11實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)11歷史數(shù)據(jù)12報(bào)警信息12物理量計(jì)算121 解決方案塔架結(jié)構(gòu)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由玨光科技生產(chǎn)的JPFBG-1000光纖光柵解調(diào)儀、JPFBGT

2、-300H光纖光柵溫度傳感器、JPFBGS-200TH光纖光柵表面應(yīng)變計(jì)等光纖光柵產(chǎn)品，和玨光科技FBG在線實(shí)時(shí)監(jiān)測軟件系統(tǒng)組成。系統(tǒng)部署中還需配備必要的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、以及服務(wù)器等等。典型的光纖光柵傳感系統(tǒng)如下圖所示：服務(wù)器光纖光柵解調(diào)儀路由器監(jiān)控室光纜監(jiān)測現(xiàn)場光纖接續(xù)盒光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器圖1： 光纖光柵系統(tǒng)組成關(guān)鍵硬件設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及產(chǎn)品特點(diǎn)2 關(guān)鍵硬件設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及產(chǎn)品特點(diǎn)根據(jù)具體塔架要求，該系統(tǒng)的硬件清單如下表所示：編號器件型號數(shù)量指標(biāo)1光纖光柵解調(diào)儀JPFBG-11001臺1. 通道數(shù)量：162. 頻率：4.5Khz3. 波長范圍：15251565nm4. 精度：±5

3、pm5. 分辨率： 1pm6. 掃描方式：所有通道并行掃描 7. 光學(xué)接口：FC/APC8. 通信接口：100M以太網(wǎng)9. 報(bào)警方式：短信報(bào)警，繼電器報(bào)警9. 電源：交流220V/50Hz10. 工作溫度：-105011. 存儲溫度：-206012. 功耗：10W13. 電池使用時(shí)間 12小時(shí)14. 重量：3kg15. 外形尺寸：（L）482X（W）300X（H）89mm2光纖光柵溫度補(bǔ)償應(yīng)變傳感器JPFBGTS-260H12個(gè)溫度量程 ：-50300，測溫精度：±0.5，分辨率：0.1。應(yīng)變量程： ±2000； 測量精度0.5% FS; 環(huán)境溫度： -40-3003光纖光

4、柵表面應(yīng)變計(jì)JPFBGS-250TH72個(gè)量程： ±2000； 測量精度0.5% FS; 環(huán)境溫度： -40-3004光纜1000米芯數(shù)和主機(jī)的通道數(shù)相匹配（按實(shí)際使用長度計(jì)算）5服務(wù)器及顯示器DELL PowerEdge R710(Xeon E5506/2GB/300GB)； 服務(wù)器的價(jià)格變化很大， 根據(jù)計(jì)算要求而定。本方案建議的服務(wù)器是能到達(dá)計(jì)算要求的?？蛻艨梢宰再?， 如果市場價(jià)格有變化， 我們將另做調(diào)整。6防火墻及路由器7機(jī)柜4U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜，用于安放主機(jī)及工控機(jī)及顯示器等； 最好是有機(jī)柜， 根據(jù)客戶而定。2.1 光纖光柵解調(diào)儀圖2： 玨光科技光纖光柵解調(diào)儀JPFBG-1100外形

5、玨光科技光纖光柵解調(diào)儀網(wǎng)絡(luò)一體機(jī)是結(jié)合當(dāng)今最先進(jìn)的光纖技術(shù)、電腦技術(shù)及信號處理技術(shù)研發(fā)成功的；系統(tǒng)采用模塊式設(shè)計(jì)，方便客戶根據(jù)不同需求、工程特點(diǎn)配置適合的測量通道、軟件功能；系統(tǒng)關(guān)鍵部分沒有易損配件，具有可靠性高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。產(chǎn)品特點(diǎn)：· 可靠性高：高度集成，沒有可移動(dòng)的光學(xué)組件；· 檢測高效精確：實(shí)現(xiàn)絕對測量，檢出量為波長信息，檢測頻率可達(dá)到5KHZ/S；波長無需校準(zhǔn)，范圍可寬至80nm；采用波分復(fù)用技術(shù)，易于實(shí)現(xiàn)分布式測量；信號不受光強(qiáng)影響，抗干擾能力強(qiáng)；· 波長解調(diào)精度為±5pm；分辨率 1pm；· 機(jī)內(nèi)配有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器， 可以

6、向遠(yuǎn)處服務(wù)器自動(dòng)更新采集數(shù)據(jù)， 有相應(yīng)的軟件接口可供第三方開發(fā)；· 支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程設(shè)置， 易于管理；·  關(guān)鍵光纖光柵波長解調(diào)器件符合美國軍方標(biāo)準(zhǔn) MIL-STD-810 國防部試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境工程考慮和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)；· 軟件易于升級定制：產(chǎn)品還可根據(jù)客戶實(shí)際需要定制軟件接口或擴(kuò)展硬件接口。2.2 光纖光柵應(yīng)變傳感器圖3： 玨光科技光纖光柵應(yīng)變傳感器JPFBGS-250TH光纖應(yīng)變傳感器是玨光科技自主研發(fā)的纖傳感器，產(chǎn)品利用紫外光通過掩膜光柵照射到裸光纖上，引起裸光纖纖芯折射率的永久性變化，形成布拉格光柵；在受到溫度或應(yīng)力

7、應(yīng)變變化時(shí)，光柵的柵距同時(shí)發(fā)生變化，從而精確地測量溫度或應(yīng)變。該傳感器需要抵消溫度產(chǎn)生的影響。 產(chǎn)品特點(diǎn)：· 穩(wěn)定性好、可靠性高；· 光柵本身采用切趾技術(shù)，中心波長穩(wěn)定、光柵邊模抑制比高；· 采用無膠封裝技術(shù)先進(jìn)， 可在300下正常工作；· 靈敏度高，可達(dá) 1 1.4 pm/2.3 光纖光柵溫度補(bǔ)償應(yīng)變傳感器圖3： 玨光科技光纖光柵溫度補(bǔ)償應(yīng)變傳感器JPFBGS-260TH光纖應(yīng)變傳感器是玨光科技自主研發(fā)的纖傳感器，產(chǎn)品利用紫外光通過掩膜光柵照射到裸光纖上，引起裸光纖纖芯折射率的永久性變化，形成布拉格光柵；在受到溫度或應(yīng)力應(yīng)變變化時(shí)，光柵的柵距同時(shí)發(fā)生變

8、化，從而精確地測量溫度或應(yīng)變。內(nèi)置兩個(gè)FBG傳感器， 可以有效地抵消溫度對應(yīng)變的影響。 產(chǎn)品特點(diǎn)：· 穩(wěn)定性好、可靠性高；· 光柵本身采用切趾技術(shù)，中心波長穩(wěn)定、光柵邊模抑制比高；· 采用無膠封裝技術(shù)先進(jìn)， 可在300下正常工作；· 靈敏度高，可達(dá) 1 1.4 pm/應(yīng)變測量的計(jì)算公式：JPFBGS-260TH的應(yīng)變計(jì)算公式如下：=106S0S-T0TFG-T0TSTCTES-CTET公式中：FG為傳感器系數(shù)； 本傳感器系統(tǒng)為0.802.。S為應(yīng)變傳感器FBG的波長變化0S為應(yīng)變傳感器FBG的波長初始值ST為在溫度為22時(shí)的傳感器溫度靈敏度； 為1.83

9、3×10-5T為溫度補(bǔ)償傳感器FBG的波長變化0T為溫度補(bǔ)償傳感器FBG的波長初始值CTES為被測量物的熱膨脹系數(shù)CTET為傳感器的熱膨脹系數(shù)， 為16.6 mm 3 傳感器分布整個(gè)系統(tǒng)一共使用82個(gè)傳感器，每一個(gè)應(yīng)變傳感器測量范圍為±2000，其中12個(gè)傳感器是帶溫度補(bǔ)償應(yīng)變傳感器。實(shí)際上相當(dāng)于94個(gè)獨(dú)立的光纖光柵傳感器，每2個(gè)傳感器之間波長間隔為4ns。每個(gè)通道安裝58個(gè)傳感器。一共需要13個(gè)通道。層號通道傳感器個(gè)數(shù)波長分布一181529 1557每隔4ns一個(gè)傳感器281529 1557每隔4ns一個(gè)傳感器381529 1557每隔4ns一個(gè)傳感器三481529 15

10、57每隔4ns一個(gè)傳感器581529 1557每隔4ns一個(gè)傳感器五681529 1557每隔4ns一個(gè)傳感器781529 1557每隔4ns一個(gè)傳感器八871529 1553每隔4ns一個(gè)傳感器971529 1553每隔4ns一個(gè)傳感器十1051529 1545每隔4ns一個(gè)傳感器十一1151529 1545每隔4ns一個(gè)傳感器十二1271529 1553每隔4ns一個(gè)傳感器1371529 1553每隔4ns一個(gè)傳感器4 傳感器安裝4.1 鋼材料連接1. 先用砂紙清潔目標(biāo)表面。2. 將傳感器放置在目標(biāo)表面上，并用膠紙粘牢傳感器兩端。3. 使用電焊機(jī)，焊接傳感器4個(gè)固定點(diǎn)。4. 等待幾分鐘，

11、撕除固定用的膠紙，傳感器安裝完畢。4.2 混泥土連接1. 先用沖擊鉆打直徑8mm的孔，一般4只孔（與應(yīng)變計(jì)的固定孔尺寸匹配）。2. 安裝直徑6mm的膨脹螺栓，并擰緊。3. 安裝傳感器。需要增加圖片形象地表示5 FBG在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)5.1 簡要說明 FBG橋梁在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)是玨光科技自主開發(fā)的軟件系統(tǒng)， 它是基于B/S架構(gòu)的軟件系統(tǒng)， 集成了Microsoft Silverlight技術(shù)、SQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)， .Net4.0等最新技術(shù)開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)工程管理軟件平臺， 它可以管理多臺光纖光柵解調(diào)儀。 可以遠(yuǎn)程查詢結(jié)果，服務(wù)器軟件系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行與后臺，可自動(dòng)接收采集儀的數(shù)據(jù)，對采集的波長值進(jìn)行物理量計(jì)

12、算，對異常的計(jì)算結(jié)果自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警，并將計(jì)算結(jié)果以及報(bào)警結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中。通過在線系統(tǒng)查看實(shí)時(shí)的計(jì)算結(jié)果，歷史結(jié)果，報(bào)警信息?？梢圆榭凑麄€(gè)系統(tǒng)的傳感器部署的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。導(dǎo)出和打印數(shù)據(jù)。 圖4. 軟件架構(gòu)圖該系統(tǒng)可以根據(jù)客戶的需求進(jìn)行定制， 可以擴(kuò)展如下的功能：1） 可以增加CAD技術(shù)2） 可以實(shí)現(xiàn)C/S架構(gòu)3） 可以與視頻監(jiān)控系統(tǒng)無縫連接。 5.2 功能說明5.2.1 主頁以圖形化顯示各個(gè)測點(diǎn)的數(shù)值。如下圖：其中左側(cè)應(yīng)變：傳感器發(fā)生故障導(dǎo)致無測量結(jié)果。以紅色表示。左側(cè)溫度正常，以綠色表示。圖5. 軟件界面圖5.2.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直觀可以顯示各個(gè)設(shè)備的每一個(gè)通道布置圖，以及每一個(gè)通道測點(diǎn)的實(shí)時(shí)測值。如下圖:當(dāng)前通道接了2個(gè)傳感器（左側(cè)溫度和左側(cè)應(yīng)變）。鼠標(biāo)放置于左側(cè)溫度上面后， 可以顯示實(shí)時(shí)結(jié)果。根據(jù)報(bào)警條件，左側(cè)溫度是正常（綠色表示）；而左側(cè)應(yīng)變發(fā)生了報(bào)警（紅色表示），具體報(bào)警信息在報(bào)警信息中查看。5.2.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)刷新并顯示各個(gè)傳感器最新的物理量數(shù)值。可以到處支持導(dǎo)出和打印。5.2.4 歷史數(shù)據(jù)查詢顯示各個(gè)傳感器的歷史數(shù)值。支持導(dǎo)出和打印。根據(jù)查詢的結(jié)果，繪制每一個(gè)物理量隨時(shí)間變化的過程線。5.2.5 報(bào)警信息查詢顯示各個(gè)報(bào)警信