分布式传感光纤声发射融合感知系统及运行方法技术方案

本发明专利技术公开了一种分布式传感光纤声发射融合感知系统及运行方法，该感知系统包括传感光纤温敏补偿装置和传感光纤声发射解调装置，传感光纤温敏补偿装置中的传感光纤经过补偿后进入到传感光纤声发射解调装置中。本发明专利技术从机理及实际工程应用层面，突破传统意义上的简单技术单纯性地叠加，引入飞秒激光光学频率梳技术与声发射技术进行融合，分离瑞利弹射散射和布里渊散射实现分级感知声发射波，融合了多装置多模块多构件的传感光纤温敏补偿装置和光纤声发射解调装置的融合系统，具有可空间定位、全程分布式、高空间分辨率、高探测精度、可定量探测等优点，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较大优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分布式传感光纤声发射融合感知系统及运行方法，属于水工程结构安全监测与探测领域。
技术介绍
由于激光和光纤的专利技术，光纤技术取得了举世瞩目的成功，在光通信技术的推动下，各种光纤、器件、元件、仪器和机械设别等相关器件的研究与开发取得了巨大的进步，众所周知，光波是一种电磁波，当电磁波入射到诸如光纤这样的介质中时，入射的电磁波将与组成该材料的分子或者原子相互作用，从而产生散射谱，常见的有瑞利散射、布里渊散射，通过利用这些散射光信息，人们研制了很多传感光纤监测仪器，自从1989年蒙德兹等首先将光纤传感器埋入混凝土结构体中进行结构安全监测以来，各国学者进一步推动了该技术在土木、水利工程中的应用，现在光纤传感技术已经在监控复合材料固化、结构无损检测、损伤监测、识别及评估方面取得了一些成果；在水利与土木工程中，材料内部在遭受外界温度、水荷载、重力等作用下会发生不同程度的断裂，该种断裂很多情况下是不可见的内部损伤，如果不能及时探测及发现，很可能会发展成为工程中的一个安全隐患，这种缺陷或者损伤随着时间会出现一种不断累积的不可逆过程，其可能会造成结构体发生整体或者局部的突发性失效，进而导致严重的工程问题，材料在损伤时会释放出弹性能，弹性能在材料中以弹性波的形式传播，这种弹性波被称为声发射波。但是当前所研发的监测设备，由于当前性能参数多样化和高标准的需求，光纤传感技术的实际应用仍然远远落后于当前对该技术的需求，其中融合传感光纤技术与声发射技术即为其中一个研究极为欠缺的领域，由于传感光纤技术与声发射技术具有优良的监测探测性能，将其融合其必将产生重大的技术革新，为突破系统庞大、线缆过多、抗电测干扰能力差的压电陶瓷声发射检测法及当前的点式监测的光纤布拉格光栅型声发射检测系统。
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分布式传感光纤声发射融合感知系统及运行方法，利融合飞秒激光光学频率梳技术与声发射技术，通过构建瑞利弹射散射、布里渊散射的光纤传感技术与声发射技术融合的新型监测探测技术，实现了可空间定位、全程分布式、高空间分辨率、高探测精度的监测探测技术，其立点新颖、结构布设简单、操作方便，具有较好的实际工程应用意义和科学研究价值。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种分布式传感光纤声发射融合感知系统，包括传感光纤温敏补偿装置和传感光纤声发射解调装置，传感光纤从传感光纤声发射解调装置出发，经过传感光纤温敏补偿装置，最后再返回传感光纤声发射解调装置，传感光纤温敏补偿装置中的传感光纤的首尾需要跟传感光纤声发射解调装置连接；所述传感光纤温敏补偿装置包括载纤导连模块和温敏补偿模块，所述载纤导连模块中穿过第一传感光纤、第二传感光纤和第三传感光纤，载纤导连模块上设有固定第一传感光纤和第三传感光纤的内置固纤模块，第一传感光纤和第三传感光纤通过内置固纤模块固定后与第二传感光纤平行布置；所述第一传感光纤和第三传感光纤位于圆弧形壳体的上表面，第二传感光纤穿过温度补偿装置后固定在另一个载纤导连模块上，第一传感光纤和第三传感光纤通过另一对内置固纤模块固定在载纤导连模块上；所述传感光纤声发射解调装包括驱动电源、锁模激光器、飞秒激光光学频率梳、脉冲调制器、波分复用器、光路耦合器、放大器、接收器、探测器、控制器、混凝土结构体安全性态评价系统、声发射信号、瑞利光接收器、布里渊光接收器、光分器，所述驱动电源的输出端与锁模激光器的输入端连接，驱动电源的输入端与控制器的输出端连接，所述锁模激光器的依次与飞秒激光光学频率梳、脉冲调制器和波分复用器连接，波分复用器的输出端分别与光分器的输入端和光路耦合器的输入端相连接，光分器的输出端分别与瑞利光接收器的输入端和布里渊光接收器的输入端连接，瑞利光接收器的输出端和布里渊光接收器的输出端与控制器的输入端连接，光路耦合器的输出端与放大器的输入端和接收器的输入端连接，接收器的输出端与探测器的输入端相连接，探测器的输出端与控制器的输入端相连接，放大器的输出端与光纤声发射传感装置连接，控制器输出端与混凝土结构体安全性态评价系统相连接。作为优选，所述光纤声发射传感装置包括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四传感光纤，第二弧压体下方设有第五传感光纤，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四传感光纤和第五传感光纤，后通过锁紧装置锁紧第一弧盖和第二弧盖。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，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，所述载纤导连模块包括光纤容载台、上容纤槽、中容纤槽、下容纤槽、过渡载台段、上楔形载台段、下楔形载台段，其中，上容纤槽、中容纤槽、下容纤槽从上到下依次布设于光纤容载台中，第一传感光纤、第二传感光纤和第三传感光纤依次固定在上容纤槽、中容纤槽、下容纤槽中，光纤容载台通过过渡载台段与上楔形载台段、下楔形载台段连接。作为优选，所述内置固纤模块包括上弧端紧固体、下弧端紧固体、锁纤螺纹柱、上横向螺纹控柱、下横向螺纹控柱、凸台和一对滑块，所述凸台位于上楔形载台段和下楔形载台段上，凸台与上横向螺纹控柱和下横向螺纹控柱活动连接，所述上横向螺纹控柱和下横向螺纹控柱分别与一对滑块螺纹连接，所述锁纤螺纹柱与其中一个滑块螺纹连接，所述下弧端紧固体与另一个滑块固定连接。作为优选，所述圆弧形壳体包含三层，最外面一层为特种复合材料层，中间层为金属隔槽层，最里层为内层复合材料层。作为优选，所述所述温度补偿装置包含一对弧复合材料体构成的椭球体，两个椭球体位于圆弧形壳体的两端，椭球体内设有第二传感光纤通过的第一通纤管，在两个椭球体之间设有复合材料制成的葫芦状的葫芦体，葫芦体内设有第二通纤管，第二传感光纤依次穿过第一通纤管、第二通纤管和另一个第一通纤管，椭球体和葫芦体均通过内支撑柱支撑在圆弧形壳体内。一种上述的分布式传感光纤声发射融合感知系统的运行方法，包括以下步骤：第一步，配备三根待监测用的传感光纤作为第一传感光纤、第二传感光纤和第三传感光纤，制作圆弧形壳体，配备特种复合材料和椭球体，且要求特种复合材料层与通过这些材料的相应第一传感光纤和第三传感光纤，将第一传感光纤、第二传感光纤和第三传感光纤分别通过传感光纤温敏补偿封装装置初始端处光纤容载台上的上容纤槽、中容纤槽、下容纤槽中，并且在上容纤槽、中容纤槽、下容纤槽中分别注入胶水，将穿入传感光纤温敏补偿封装装置的三根传感光纤的初始端处进行固定，后将第一传感光纤和第三传感光纤以一定的弧度过渡到过渡载台段，将第二传感光纤水平拉直到第一通纤管和第二通纤管中，并且对第一通纤管和第二通纤管进行封装；第二步，将第一传感光纤以与水平面夹角为60°的角度将第一传感光纤过渡到凸台中，且在凸本文档来自技高网...

【技术保护点】
分布式传感光纤声发射融合感知系统，其特征在于：包括传感光纤温敏补偿装置和传感光纤声发射解调装置，传感光纤从传感光纤声发射解调装置出发，经过传感光纤温敏补偿装置，最后再返回传感光纤声发射解调装置，传感光纤温敏补偿装置中的传感光纤的首尾需要跟传感光纤声发射解调装置连接；所述传感光纤温敏补偿装置包括载纤导连模块和温敏补偿模块，所述载纤导连模块中穿过第一传感光纤、第二传感光纤和第三传感光纤，载纤导连模块上设有固定第一传感光纤和第三传感光纤的内置固纤模块，第一传感光纤和第三传感光纤通过内置固纤模块固定后与第二传感光纤平行布置；所述第一传感光纤和第三传感光纤位于圆弧形壳体的上表面，第二传感光纤穿过温度补偿装置后固定在另一个载纤导连模块上，第一传感光纤和第三传感光纤通过另一对内置固纤模块固定在载纤导连模块上；所述传感光纤声发射解调装包括驱动电源、锁模激光器、飞秒激光光学频率梳、脉冲调制器、波分复用器、光路耦合器、放大器、接收器、探测器、控制器、混凝土结构体安全性态评价系统、声发射信号、瑞利光接收器、布里渊光接收器、光分器，所述驱动电源的输出端与锁模激光器的输入端连接，驱动电源的输入端与控制器的输出端连接，所述锁模激光器的依次与飞秒激光光学频率梳、脉冲调制器和波分复用器连接，波分复用器的输出端分别与光分器的输入端和光路耦合器的输入端相连接，光分器的输出端分别与瑞利光接收器的输入端和布里渊光接收器的输入端连接，瑞利光接收器的输出端和布里渊光接收器的输出端与控制器的输入端连接，光路耦合器的输出端与放大器的输入端和接收器的输入端连接，接收器的输出端与探测器的输入端相连接，探测器的输出端与控制器的输入端相连接，放大器的输出端与光纤声发射传感装置连接，控制器输出端与混凝土结构体安全性态评价系统相连接。...

【技术特征摘要】
1.分布式传感光纤声发射融合感知系统，其特征在于：包括传感光纤温敏补偿装置和传感光纤声发射解调装置，传感光纤从传感光纤声发射解调装置出发，经过传感光纤温敏补偿装置，最后再返回传感光纤声发射解调装置，传感光纤温敏补偿装置中的传感光纤的首尾需要跟传感光纤声发射解调装置连接；所述传感光纤温敏补偿装置包括载纤导连模块和温敏补偿模块，所述载纤导连模块中穿过第一传感光纤、第二传感光纤和第三传感光纤，载纤导连模块上设有固定第一传感光纤和第三传感光纤的内置固纤模块，第一传感光纤和第三传感光纤通过内置固纤模块固定后与第二传感光纤平行布置；所述第一传感光纤和第三传感光纤位于圆弧形壳体的上表面，第二传感光纤穿过温度补偿装置后固定在另一个载纤导连模块上，第一传感光纤和第三传感光纤通过另一对内置固纤模块固定在载纤导连模块上；所述传感光纤声发射解调装包括驱动电源、锁模激光器、飞秒激光光学频率梳、脉冲调制器、波分复用器、光路耦合器、放大器、接收器、探测器、控制器、混凝土结构体安全性态评价系统、声发射信号、瑞利光接收器、布里渊光接收器、光分器，所述驱动电源的输出端与锁模激光器的输入端连接，驱动电源的输入端与控制器的输出端连接，所述锁模激光器的依次与飞秒激光光学频率梳、脉冲调制器和波分复用器连接，波分复用器的输出端分别与光分器的输入端和光路耦合器的输入端相连接，光分器的输出端分别与瑞利光接收器的输入端和布里渊光接收器的输入端连接，瑞利光接收器的输出端和布里渊光接收器的输出端与控制器的输入端连接，光路耦合器的输出端与放大器的输入端和接收器的输入端连接，接收器的输出端与探测器的输入端相连接，探测器的输出端与控制器的输入端相连接，放大器的输出端与光纤声发射传感装置连接，控制器输出端与混凝土结构体安全性态评价系统相连接。2.根据权利要求1所述的分布式传感光纤声发射融合感知系统，其特征在于：所述光纤声发射传感装置包括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四传感光纤，第二弧压体下方设有第五传感光纤，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四传感光纤和第五传感光纤，后通过锁紧装置锁紧第一弧盖和第二弧盖。3.根据权利要求2所述的分布式传感光纤声发射融合感知系统，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，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。4.根据权利要求3所述的分布式传感光纤声发射融合感知系统，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。5.根据权利要求1所述的分布式传感光纤声发射融合感知系统，其特征在于：所述载纤导连模块包括光纤容载台、上容纤槽、中容纤槽、下容纤槽、过渡载台段、上楔形载台段、下楔形载台段，其中，上容纤槽、中容纤槽、下容纤槽从上到下依次布设于光纤容载台中，第一传感光纤、第二传感光纤和第三传感光纤依次固定在上容纤槽、中容纤槽、下容纤槽中，光纤容载台通过过渡载台段与上楔形载台段、下楔形载台段连接。6.根据权利要求5所述的分布式传感光纤声发射融合感知系统，其特征在于：所述内置固纤模块包括上弧端紧固体、下弧端紧固体、锁纤...

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