本发明涉及光纤光栅监测，具体涉及一种碳纤维筋拉索的索力测量装置及测量方法。
背景技术：
1、随着经济的发展和基础设施建设的推进，大跨度悬索桥的需求持续增加。桥梁拉索作为桥梁结构中重要的承重构件，在其服役期间将不断的受到来自外界环境以及车辆荷载等各种效应的侵害，在这种疲劳荷载的不断作用下，拉索不可避免的会出现损伤并不断积累，因此，对桥梁拉索进行实时有效的监测在保证桥梁安全运营的过程中具有重要的意义。传统的索力监测方法为：振动频率法、磁通量法、穿心式压力环法、非接触式斜拉索索力监测、测振法等。以上方法大多需要人工到现场将索力测量工具与拉索表面接触进行测量。消耗了大量人力物力，且不具备全寿命周期实时监测的有效性。
2、光纤光栅具有抗电磁干扰能力强、传感器体积小、接线简单、远距离数据传输方便等的优点，对结构构件的应变能进行高精度的、绝对的、准分布式数字测量,适合用于高强碳纤维筋的受力变形的监测。但由于光纤光栅本身的玻璃材料较脆，使得光纤光栅的量程非常有限，其在使用的过程中,可以测量的拉伸应变一般在5000微应变以内。在实际工作的过程中，碳纤维筋的拉伸应变值往往接近6000微应变，此时其应变值已经超出了光纤光栅的最大应变值；除此之外，光纤光栅的布设方式也在影响着监测的精度。
技术实现思路
1、本发明旨在提供一种碳纤维筋拉索的索力测量装置及测量方法，该碳纤维筋拉索的索力测量装置及测量方法能够在全寿命周期内实时测量标定区域内拉索受力情况，相较于传统的索力测量方法，其更智能化、监测范围更长且更自由灵活，能够实现实时监测，具有良好的应用前景与经济效益。
2、所述的碳纤维筋拉索的索力测量装置，包括中心碳纤维筋、光纤光栅；
3、所述的中心碳纤维筋外圆面上设有螺旋凹槽，所述的螺旋凹槽内沿其走向布置光纤光栅，光纤光栅的外沿不会超出螺旋凹槽槽口位置；
4、所述的光纤光栅上的光栅设有n组，n≥3，间隔均匀分布于光纤上，各个相邻光栅之间的光纤上设有连接点与螺旋凹槽固定连接。
5、各个相邻光栅的间距为12-32cm。
6、所述的连接点设于各个相邻光栅之间的光纤的中点上。
7、所述的光纤光栅上的各个连接点与螺旋凹槽采用胶粘的方式固定连接。
8、所述的螺旋凹槽横截面为半圆形，其半径为0.4-0.6毫米。
9、本发明还提供了一种碳纤维筋拉索索力测量方法，应用了上述的碳纤维筋拉索的索力测量装置，包括以下步骤：
10、a、对索力测量装置进行温度标定试验，得到温度灵敏度kt；以单独的光纤光栅(2)作为温度补偿光栅，进行温度标定实验，得到温度补偿光栅的温度灵敏度系数kt0；基于光纤光栅的泊松比、弹光系数，以及初始中心波长计算得到无应力状态下温度补偿光纤光栅的应变灵敏度系数kεg；基于这些系数构建应变解耦方程，实现温度的自补偿，得到索力测量装置中光纤光栅波长变化量δλb1；
11、b、基于温度补偿光栅的应变灵敏度系数kεg和索力测量装置测得的波长改变量δλb1计算
12、—出光纤应变εg，然后结合光纤应变和索力测量装置的应变传递率α测算出各光栅标距段索力测量装置的应变εm；
13、c、根据各光栅标距段索力测量装置的应变εm，分别计算得出索力测量装置各光栅标距段的应力σm，然后计算得出索力测量装置光栅标距段的平均应力，最后计算获得拉索索力f。
14、索力测量装置、温度补偿光栅的温度标定试验操作方法一样，包括以下步骤：
15、将待测物放入恒定湿热试验箱中，并将索力测量装置的光纤光栅(2)或温度补偿光栅的一头接入光纤光栅解调仪；
16、控制恒定湿热试验箱温度由室温以3-7℃/min的速度升温至80℃，同时从光纤光栅解调仪读取待测物的中心波长试验数据；
17、将整个升温过程的中心波长实验数据与温度数据拟合得到曲线斜率，该斜率即为待测物的温度灵敏度系数。
18、各光栅标距段光纤应变εgi计算公式如下：
19、εgi＝δλb1i/kεg (1)
20、式中：δλb1i为第i个光栅标距段温度补偿后对应索力传感装置波长变化；
21、从而得到光纤应变εg计算公式如下：
22、
23、索力测量装置的应变测量计算公式如下：
24、
25、式中：为索力测量装置应变传递率；
26、索力测量装置应变传递率按照如下公式计算：
27、
28、式中：a为标距比系数；l2为标距段长度；k为索力测量装置材料参数系数；θ为螺旋角度。
29、索力测量装置第i段光栅标距段的应力σmi的计算公式：
30、
31、式中：em表示索力监测装置的弹性模量；
32、索力测量装置的n个光栅标距段的平均应力的计算公式如下：
33、
34、索力测量装置的n个光栅标距段的应力σm计算拉索索力的计算公式如下：
35、
36、式中:f表示多筋碳纤维拉索的拉力；as、ac分别表示中心碳纤维筋(1)和普通碳纤维筋(4)的横截面积；
37、本发明的有益效果如下：
38、本发明采用分布式长标距光纤光栅传感技术加螺旋布设结构组成的索力测量装置，能够有效提升光纤光栅传感器的监测量程，同时在使用过程中索力监测范围灵活可调，极大提升了光纤光栅传感器的监测性能。
39、本发明相较于传统的桥梁拉索索力测量方法，利用索力测量装置与拉索的索力传递关系，能够较为准确地测量拉索的全时程受力状况。
40、本发明相较于传统的索力测量方法不需要人工到现场将索力测量工具与拉索表面接触进行测量，节约了大量人力物力，具备全寿命周期实时监测的有效性，具有良好的经济效益。
1.一种碳纤维筋拉索的索力测量装置，包括中心碳纤维筋(1)、光纤光栅(2)；其特征在于：
2.如权利要求1所述的碳纤维筋拉索的索力测量装置，其特征在于：
3.如权利要求1所述的碳纤维筋拉索的索力测量装置，其特征在于：
4.如权利要求1所述的碳纤维筋拉索的索力测量装置，其特征在于：
5.如权利要求1所述的碳纤维筋拉索的索力测量装置，其特征在于：所述的螺旋凹槽(3)横截面为半圆形，其半径为0.4-0.6毫米。
6.一种碳纤维筋拉索索力测量方法，应用了如权利要求1-4任何一项所述的碳纤维筋拉索的索力测量装置，其特征在于，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的碳纤维筋拉索的索力测量装置，其特征在于：
8.如权利要求6所述的碳纤维筋拉索的索力测量装置，其特征在于：
9.如权利要求8所述的碳纤维筋拉索的索力测量装置，其特征在于：
10.如权利要求9所述的碳纤维筋拉索的索力测量装置，其特征在于：
