水工混凝土结构服役性态光纤声发射感知装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了水工混凝土结构服役性态光纤声发射感知装置及方法，该装置包括传感光纤声发射布设装置和声发射源，布设装置包含底板、第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板的顶部通过弧载纤道连接，第一侧板和第二侧板形成主共腔洞；所述第一侧板和第二侧板的顶部分别铰接有第一弧盖和第二弧盖，第一弧盖下端面固定连接有第一弧压体，第二弧盖下端面固定连接有第二弧压体，第一弧压体下方设有第一传感光线，第二弧压体下方设有第二传感光纤。本发明专利技术在结构体产生裂缝，声发射波对共腔圆孔、共腔六角孔和主共腔洞产生的共鸣的时间与频率都不同，因此这些信息会被从物理尺寸上二次放大与延迟，具有高精度、高空间分辨率、分布式、同步性等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水工混凝土结构服役性态光纤声发射感知装置及方法，属于混凝土结构安全监测与探测领域。
技术介绍
自从美国康宁公司生产出第一根低损耗光纤以来，光纤通讯技术得到迅猛发展，各种新型的光器件、光电器件也被不断地研发出来，此时，光纤传感技术开始萌芽，1977年美国海军研究所(NRL)开始执行由Charles M.Davis博士主持的Foss计划(光纤传感器系统)，从此光纤传感器开始问世，随后的OTDR、BOTDA、FBG等技术被不断地提出，光纤传感技术越来越被重视与利用，但是由于其空间分辨过低、大传输距离时光损过高等因素，严重阻碍着光纤传感技术向着小型化、远程化、分布式、高精度的发展；当应力、温度、腐蚀、荷载等外界因素对混凝土结构体进行干扰时，材料内部会产生断裂或者变形等情况，此时结构体会释放出弹性能，也是就声发射，声发射技术本质上讲，就是采用一些声发射传感器来感知与采集这些声发射信号，通过存储与辨析这些声发射信号来推断结构体内可能存在的损伤与破坏，最终对混凝土结构体的服役性态给出判断，声发射技术具有动态性、敏感性、整体性等优点，但是仍然存在较多缺陷，比如信号传输距离短、监测内容少、抗电磁干扰能力差等缺点，严重的阻碍着其发展；因此，如何将传感光纤技术与声发射技术进行融合，取长补短，更大程度地提高对混凝土结构体的监测与探测能力，当前有一些关于传感光纤技术与声发射技术融合的介绍，但存在着众多问题，基本是FBG与声发射技术的融合，FBG与声发射技术融合不能实现分布式监测与探测，不能充分发挥各自优点，关于分布式传感光纤技术与声发射技术的融合更是少见，且对于混凝土结构体内不可见或者微小的结构损伤无能为力，因此，需要研发一种高精度、高空间分辨率、远距离监测的新型的分布式传感光纤技术与声发射技术融合的新技术。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种水工混凝土结构服役性态光纤声发射感知装置及方法，具有高精度、高空间分辨率、分布式、同步性等特点，可实现结构体内微小结构损伤的高精度探测与监测，其布设灵活、移动方便，在降低监测成本、提高监测精度及提升工程实用化能力等方面具有突出优势技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的水工混凝土结构服役性态光纤声发射感知装置，包括若干个传感光纤声发射布设装置和声发射源，所述传感光纤声发射布设装置包含底板和与底板两侧固定连接的第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板的顶部通过弧载纤道连接，底板、第一侧板、第二侧板和弧载纤道形成主共腔洞；所述第一侧板和第二侧板的顶部分别铰接有第一弧盖和第二弧盖，第一弧盖下端面固定连接有第一弧压体，第二弧盖下端面固定连接有第二弧压体，第一弧压体下方设有位于弧载纤道内的第一传感光线，第二弧压体下方设有第二传感光纤，第一弧盖和第二弧盖通过锁紧装置连接；转动第一弧盖和第二弧盖，通过第一弧压体和第二弧压体压紧第一传感光纤和第二传感光纤，后通过锁紧装置锁紧第一弧盖和第二弧盖；所述声发射源于第一传感光纤和第二传感光纤的一端连接，第一传感光纤和第二传感光纤的另一端与接收器连接，接收器依次与光探测器、第二放大器、信号处理器、存储器和混凝土结构体监测与评估信息系统连接。作为优选，还包括激光光源，激光光源依次通过锁模激光器、偏振分束器、非线性放大器、光谱仪、迈克尔逊干涉仪、飞秒脉冲、边缘滤波器、第一放大器和光分器连接，光分器与第一传感光纤和第二传感光纤连接。作为优选，所述第一侧板上沿第一传感光纤轴线方向设有若干个第一通孔。作为优选，所述第二侧板上沿第二传感光纤轴线方向设有若干个第二通孔。作为优选，所述第一通孔为共腔圆孔，共腔圆孔截面为圆孔，第二通孔为共腔六角孔，共腔六角孔截面为六角孔，第一通孔和第二通孔均为奇数个。作为优选，所述第一弧盖和第二弧盖上均设有凸角。作为优选，所述底板、第一侧板和第二侧板的外表面均设有外接槽。作为优选，所述第一传感光纤和第二传感光纤之间通过载道隔膜隔开。载道隔膜最主要的作用是将第一传感光纤和第二传感光纤隔开，并作为第一传感光纤和第二传感光纤的支撑端。载道隔膜材质最好是硬质塑料体。一种水工混凝土结构服役性态光纤声发射感知装置的方法，包括以下步骤：第一步，构建传感光纤声发射布设模块中各个组件，配备一定长度的传感光纤，转动第一侧板和第二侧板，组成与水平面夹角为60°的形式，进而构成主共腔洞；第二步，转动第一弧盖和第二弧盖带动第一弧压体和第二弧压体的运动，通过第一弧压体和第二弧压体中间凸起的部位将第一传感光纤和第二传感光纤分别压制到弧载纤道中，借助外接槽将四个传感光纤声发射布设装置布设到待测的混凝土结构体中；第三步，将各个部件打开，对各部件进行调试，且对布设在混凝土结构体中的四个传感光纤声发射布设装置中的第一传感光纤和第二传感光纤进行校准及标定，通过激光光源对第一传感光纤和第二传感光纤进行飞秒脉冲的调制；第四步，当混凝土结构体在外界荷载作用下产生声发射源时，声发射源中的声发射波将影响到四个传感光纤声发射布设装置中的第一传感光纤和第二传感光纤的飞秒脉冲光信息，且声发射波与共腔圆孔、共腔六角孔和主共腔洞产生的共鸣的时间与频率都不同，这些信息会被从物理尺寸上二次放大与延迟，被二次放大与延迟的声发射信息会传递给第一传感光纤和第二传感光纤；第五步、通过接收器、光探测器对变化的飞秒脉冲光信息进行接收并探测，后经过信号处理器和存储器将变化的飞秒脉冲光信息进行去噪处理和数据存储，进而汇聚到混凝土结构体监测与评估信息系统中；第六步，绘制混凝土结构体监测与评估信息系统中的飞秒脉冲光信息的变化时程曲线，反映声发射源所产生的声发射波的变化，进而实现对混凝土结构体动态的监测与检测。本专利技术使用融合飞秒脉冲技术与声发射技术，将探测声发射波的传感光纤技术精度提升到mm级，且首创构建了一种融合主共腔洞、共腔六角孔和共腔圆孔的传感光纤声发射布设用装置，创建了多层级高精度辨识的监测与探测融合的新型技术，对水利与土木领域的混凝土结构的健康监测与探测提供了重要的保障，具有重大实际工程应用价值。有益效果：本专利技术的水工混凝土结构服役性态光纤声发射感知装置，在结构体产生裂缝或者其他形式的结构损伤时，声发射波对共腔圆孔、共腔六角孔和主共腔洞产生的共鸣的时间与频率都不同，因此这些信息会被从物理尺寸上二次放大与延迟，另一方面，采用mm级飞秒脉冲技术可以将空间分辨率提高到mm级，不同的声发射信息会传递给第一传感光纤和第二传感光纤，进而通过高空间分辨率低探测第一传感光纤和第二传感光纤光信息的变化实现对结构体的内部损伤与微小损伤的检测与监测，具有高精度、高空间分辨率、分布式、同步性等特点。附图说明图1为本专利技术的结构图；图2为图1中移动装置的结构示意图；其中：300-第一弧盖、301-第二弧盖、302-左外凸角、303-右外凸角、304-第一侧板、305-第二侧板、306-共腔圆孔、307-共腔六角孔、308-第一弧压体、309-第二弧压体、310-第一弧载纤道、311-第二弧载纤道、312-第一传感光纤、313-第二传感光纤、314-载道隔膜、315-主共腔洞、316-第一外接槽、317-第二外接槽、318-底外接槽、319激光光源、320-锁模激光器、321-偏振分束器、322-非线本文档来自技高网...

【技术保护点】
水工混凝土结构服役性态光纤声发射感知装置，其特征在于：包括若干个传感光纤声发射布设装置和声发射源，所述传感光纤声发射布设装置包含底板和与底板两侧固定连接的第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板的顶部通过弧载纤道连接，底板、第一侧板、第二侧板和弧载纤道形成主共腔洞；所述第一侧板和第二侧板的顶部分别铰接有第一弧盖和第二弧盖，第一弧盖下端面固定连接有第一弧压体，第二弧盖下端面固定连接有第二弧压体，第一弧压体下方设有位于弧载纤道内的第一传感光线，第二弧压体下方设有第二传感光纤，第一弧盖和第二弧盖通过锁紧装置连接；转动第一弧盖和第二弧盖，通过第一弧压体和第二弧压体压紧第一传感光纤和第二传感光纤，后通过锁紧装置锁紧第一弧盖和第二弧盖；所述声发射源于第一传感光纤和第二传感光纤的一端连接，第一传感光纤和第二传感光纤的另一端与接收器连接，接收器依次与光探测器、第二放大器、信号处理器、存储器和混凝土结构体监测与评估信息系统连接。

【技术特征摘要】
1.水工混凝土结构服役性态光纤声发射感知装置，其特征在于：包括若干个传感光纤声发射布设装置和声发射源，所述传感光纤声发射布设装置包含底板和与底板两侧固定连接的第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板的顶部通过弧载纤道连接，底板、第一侧板、第二侧板和弧载纤道形成主共腔洞；所述第一侧板和第二侧板的顶部分别铰接有第一弧盖和第二弧盖，第一弧盖下端面固定连接有第一弧压体，第二弧盖下端面固定连接有第二弧压体，第一弧压体下方设有位于弧载纤道内的第一传感光线，第二弧压体下方设有第二传感光纤，第一弧盖和第二弧盖通过锁紧装置连接；转动第一弧盖和第二弧盖，通过第一弧压体和第二弧压体压紧第一传感光纤和第二传感光纤，后通过锁紧装置锁紧第一弧盖和第二弧盖；所述声发射源于第一传感光纤和第二传感光纤的一端连接，第一传感光纤和第二传感光纤的另一端与接收器连接，接收器依次与光探测器、第二放大器、信号处理器、存储器和混凝土结构体监测与评估信息系统连接。2.根据权利要求1所述的水工混凝土结构服役性态光纤声发射感知装置，其特征在于：还包括激光光源，激光光源依次通过锁模激光器、偏振分束器、非线性放大器、光谱仪、迈克尔逊干涉仪、飞秒脉冲、边缘滤波器、第一放大器和光分器连接，光分器与第一传感光纤和第二传感光纤连接。3.根据权利要求1所述的水工混凝土结构服役性态光纤声发射感知装置，其特征在于：所述第一侧板上沿第一传感光纤轴线方向设有若干个第一通孔。4.根据权利要求1或3所述的水工混凝土结构服役性态光纤声发射感知装置，其特征在于：所述第二侧板上沿第二传感光纤轴线方向设有若干个第二通孔。5.根据权利要求4所述的水工混凝土结构服役性态光纤声发射感知装置，其特征在于：所述第一通孔为共腔圆孔，共腔圆孔截面为圆孔，第二通孔为共腔六角孔，共腔六角孔截面为六角孔，第一通孔和第二通孔均为奇数个。6.根据权利要求5所述的水工混凝土结构服役性态光纤声发射感知装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏怀智，杨孟，顾冲时，谢威，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32