本发明属于曲面监测，具体涉及一种柔性光纤布拉格光栅曲率传感结构及监测方法。
背景技术：
1、目前，随着建筑、桥梁、隧道等工程的发展，复杂建筑的施工难度越来越大且不确定性越来越高，开展施工健康监测对整体的安全稳定起到了关键作用。建筑结构变形的监测数据主要通过各种传感器和监测仪器获得，如应变计、加速度计、位移传感器等，这些设备可以实时监测建筑结构的微小位移、变形和振动，但这些方法存在自身应用的局限性，工作效率较低，需要逐点监测或者只能间断性监测，面对一些基于曲率的曲面形状监测，传统的监测工作方式实现比较困难。尽管在工程监测中各类先进的监测设备及手段得到了广泛的应用，但随着监测要求的提高，现有的监测方法及技术并不能满足复杂的建筑、桥梁、隧道等工程自动化、智能化的监测的要求。
2、此外使用的绝大多数传感器或者仪器设备易受外界因素影响，工程适应性差，且受人为干扰影响大。部分传感器尺寸较大，在安装过程中对目标整体产生一定的破坏，其监测数据多滞后及失真；传统的监测手段大多采用特殊监测点安装，监测结果难以全面反映监测对象的整体变形效果，难以实现被测结构的全面性的监测，传统监测手段监测项目繁多且分散，难以形成系统且相互关联的监测体系，不能有效实现智能化监测及预警。
3、现有的光纤布拉格光栅形状传感器，均是沿着纤维方向的线状形状重建，只能实现多点曲线形状传感，不能实现多点曲面形状传感。只实现了单方向纯弯曲形状测量，并没有实现复杂曲面的形状测量。在材料选择方面，多数采用pvc、聚酰亚胺等刚性材料作为应变传感基体，并没有完全以柔性材料作为应变传感基体。因此，需要如本发明中提及的一种柔性光纤布拉格光栅曲率传感结构及监测方法。
技术实现思路
1、本发明公开了一种柔性光纤布拉格光栅曲率传感重构及监测方法，属于建筑施工技术领域。本发明的目的在于提出针对于复杂曲面形状监测的解决方法，采取柔性材料作为传感器基体，并植入双层光纤布拉格光栅，光纤光栅传感技术结合空间曲线重构算法对曲面形态进行重构，有效解决了复杂曲面曲率形态监测问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种柔性光纤布拉格光栅曲率传感结构，包括柔性曲面一和柔性曲面二，在柔性曲面一和柔性曲面二内植入柔性光纤布拉格传感器，柔性光纤布拉格传感器包括双层光纤布拉格光栅，双层光纤布拉格光栅包括横向光纤布拉格光栅和纵向光纤布拉格光栅，相互排列且垂直设置。
4、进一步的，柔性曲面一和柔性曲面二的材料为聚二甲基硅氧烷与固化剂混合凝固，其配比为5:1，应变传递率为0.64。聚二甲基硅氧烷与固化剂混合材料作为基体，材料应具有良好的光学性能和重复性，并能在弹性形变内发生多次重复变形而不影响其力学性能，材料选择避免基体硬度过高、脆性过大；其中固化剂为铂催化剂或有机催化剂。
5、一种柔性光纤布拉格光栅曲率传感结构的监测方法，包括以下步骤：
6、步骤1、选用的柔性光纤布拉格光栅，采用聚二甲基硅氧烷作为基体，并植入纵向、横向光纤布拉格光栅；
7、步骤2、柔性光纤布拉格光栅传感器带宽均为0.2nm，反射率均为90％，相邻光纤之间的距离20mm；
8、步骤3、先将柔性传感器平整无弯曲变形置于实验台上，并接入光纤光栅解调仪，实时保存波长数据；
9、步骤4、再将柔性光纤布拉格传感器贴合于曲面表面，确保传感器与曲面表面完整贴合；
10、步骤5、保持30min以上，待光纤光栅波长完全稳定之后读取每个感测点的波长漂移值；
11、步骤6、将得到的光纤光栅测点的波长漂移值代入理论推导公式转化为各测点的曲率信息，将曲率信息转化为各个测量点的空间坐标；
12、步骤7、最后通过对空间离散点的插值拟合，可视化地重建了测试基体表面的三维形状并用于监测数据。
13、进一步的，将柔性光纤布拉格传感器贴合于曲面表面，先对该传感器进行横向和纵向的曲率标定，测得波长漂移量与曲率之间的线性递增关系；
14、通过多层光纤布拉格光栅的柔性传感器，实现三维形状测量，测量空间传感点的曲率建立三维坐标系，将曲率信息转化为空间坐标信息，再通过对空间离散坐标点的插值拟合来重建被测物体表面的三维形状，光纤光栅传感结合空间曲线结构算法对曲面形态进行监测。
15、进一步的，所述横向光纤布拉格光栅或纵向光纤布拉格光栅内的传输信号，通过光栅，部分通过成为输入信号，部分未通过光栅反射成为反射信号。
16、进一步的，在单个的光纤布拉格光栅组配为一个曲率传感器的传感部分，结合外部的光纤光栅解调仪进行波长漂移量的读取。
17、1)曲率测量时因柔性基体自身弯曲形变，使得内部光纤布拉格光栅被动的发生弯曲变形，引起光纤布拉格光栅波长变化，从而得到弯曲应变；
18、2)基于纯弯曲模型，内部每一个光纤布拉格光栅为一个曲率传感器；
19、3)读取每个感测点的波长漂移值，将得到的感测点的波长漂移值代入理论推导公式转化为各测点的曲率信息，将曲率信息转化为各个测量点的空间坐标，再对空间离散坐标点的插值拟合来重建测试基体的表面形状。
20、有益效果
21、本发明的一种柔性光纤布拉格光栅曲率传感结构及监测方法，柔性光纤布拉格光栅曲率传感结构及监测方法在健康监测方面具有显著优势，在对待测物进行应变、温度和加速度等物理量的测量方面具有广泛应用。相比以往采用光纤布拉格光栅监测方法具有抗电磁干扰、绝缘性好、耐腐蚀、尺寸小、灵敏度高和可进行长距离监测等优势。
22、本发明的一种柔性光纤布拉格光栅曲率传感结构及监测方法，传统的监测手段大多采用特殊监测点安装，监测结果难以全面反映监测对象的整体变形效果，难以实现被测结构的全面性的监测，传统监测手段监测项目繁多且分散，难以形成系统且相互关联的监测体系，不能有效实现智能化监测及预警，相比以往柔性光纤布拉格光栅曲率传感具有全面性、系统性监测的优势。
23、材料方面：相比以往采用聚二甲基硅氧烷作为基体，优选配比材料具有良好的光学性能和重复性，并能在弹性形变内发生多次重复变形而不影响其力学性能，避免基体硬度过高、脆性过大或表面有粘稠感等特点。
1.一种柔性光纤布拉格光栅曲率传感结构，其特征在于：包括柔性曲面一和柔性曲面二，在柔性曲面一和柔性曲面二内植入柔性光纤布拉格传感器，柔性光纤布拉格传感器包括双层光纤布拉格光栅，双层光纤布拉格光栅包括横向光纤布拉格光栅和纵向光纤布拉格光栅，相互排列且垂直设置。
2.根据权利要求1所述的一种柔性光纤布拉格光栅曲率传感结构，其特征在于：柔性曲面一和柔性曲面二的材料为聚二甲基硅氧烷与固化剂混合凝固，其配比为5:1，应变传递率为0.64。
3.一种如权利要求2所述的柔性光纤布拉格光栅曲率传感结构的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种柔性光纤布拉格光栅曲率传感结构的监测方法，其特征在于，将柔性光纤布拉格传感器贴合于曲面表面，先对该传感器进行横向和纵向的曲率标定，测得波长漂移量与曲率之间的线性递增关系；
5.根据权利要求3所述的一种柔性光纤布拉格光栅曲率传感结构的监测方法，其特征在于，所述横向光纤布拉格光栅或纵向光纤布拉格光栅内的传输信号，通过光栅，部分通过成为输入信号，部分未通过光栅反射成为反射信号。
6.根据权利要求5所述的一种柔性光纤布拉格光栅曲率传感结构的监测方法，其特征在于，在单个的光纤布拉格光栅组配为一个曲率传感器的传感部分，结合外部的光纤光栅解调仪进行波长漂移量的读取。
