一种多点分布式光纤声波建筑楼体裂缝检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多点分布式光纤声波建筑楼体裂缝检测系统，包括激光发射器、分光器、环形器、振动声波检测探头、相位检测器、数据采集卡、信号处理主机和传输光纤；其中激光发射器通过传输光纤与分光器相连，分光器通过传输光纤连接多个环形器的1端口，环形器的2端口通过传输光纤连接振动声波检测探头；环形器的3端口通过传输光纤连接相位检测器，多个相位检测器接入数据采集卡，数据采集卡与信号处理主机相连。发射的激光经分光器得到多路连续光，经环形器的1端口、2端口传输至振动声波检测探头，其上的石墨烯薄膜会对接收的光以及振动声波进行反射，信号处理主机通过对比正常反射光的相位变化，从而实时检测建筑楼体是否产生裂缝。

【技术实现步骤摘要】
一种多点分布式光纤声波建筑楼体裂缝检测系统
本专利技术涉及光纤传感和信号处理
，具体为一种分布式振动声波传感系统及其应用，涉及光纤传感、声学传感和信号处理技术。
技术介绍
随着我国经济快速发展，我国高层建筑也随之迅猛发展。在高层建筑中钢筋混凝土结构被广泛应用。然而由于高层建筑的设计方案的不同，钢筋混凝土结构的耐久性成为一个难题。随着部分高层建筑的墙体的老化，以及温度、载荷和部分自然灾害如地震的作用下，墙体容易产生一些隐蔽性裂缝，严重影响到高层建筑的耐久性，并对高层建筑的居民和从业人员造成很大的安全隐患。目前，传统裂缝监测技术主要有目测法、裂缝测宽仪检测、超声波检测等。目测法是检测者利用双眼观察被测结构物是否存在裂缝。这种单一的人工目测方法耗时长，工作量大，且受人为因素影响较大，测量结果不够精确。裂缝测宽仪检测是巡检人员利用手持式裂缝测宽仪对结构物进行测量。这种方法所用测试仪器简单，能够达到较高精度，但需知道裂缝所在位置。超声波检测法是目前应用最为广泛的无损检测技术。超声波法检测裂缝的基本原理是超声波在被测材料中传播时会受到材料的声学特性和内部组织变化的影响，通过对超声波所受影响程度的探测了解检测材料的损伤程度。由于超声波检测需要布设测点，若所布测点不能全面覆盖被测结构，容易发生漏检现象，并且不能够进行实时检测。因此，传统的楼体裂缝检测方法不能完全适应现在的高层建筑，不能全方位无死角的对楼体裂缝实施检测，容易发生漏测情况。同时对于正在发生的裂缝不能及时检测，不能实现对楼体情况进行实时监控。同时传统的楼体检测方法的测量精度不高，不能完成对楼体裂缝情况的精确测量。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提出一种多点分布式光纤声波高层建筑楼体裂缝检测系统。本系统可以对高层建筑物的墙体可能出现的裂缝由于震动、相互挤压或是正在开裂产生的声波振动信号进行捕捉。本专利技术的多点分布式光纤声波建筑楼体裂缝检测系统，包括激光发射器L、分光器P、环形器C、振动声波检测探头A、相位检测器D、数据采集卡Q、信号处理主机N和传输光纤。其中激光发射器L用于输出连续激光并注入传输光纤B0中，其中心波长优选1550nm。为实现多路信号的同时检测，进入传输光纤中的连续光经由分光器P分成n(n对应振动声波检测探头的数目)路连续光，分成的每一路连续光都经由对应的一路传输光纤B1继续向前传输。每一路传输光纤B1连接对应的环形器C的一个端口(通常环形器C包括3个端口)，本专利技术中的环形器C用于发射光、反射光的耦合传输，为了便于区分环形器C的3个端口，将与传输光纤B1连接的端口定义为1端口，将与传输光纤B2连接的端口定义为2端口，将与传输光纤B3连接的端口定义为3端口。传输光纤B1中的连续激光通过环形器C的1端口耦合经由2端口传输至传输光纤B2中。传输光纤B2连接设置在待检测建筑物的墙体中的振动声波检测探头A。振动声波检测探头A为具有高灵敏度的振动声波检测探头，其包括一段传输光纤B4、玻璃套管E和石墨烯薄膜G，传输光纤B4的一端固定于玻璃套管E中，一端用于与传输光纤B2熔接，石墨烯薄膜G固定在玻璃套管E的一个端面上，并与位于玻璃套管E中的传输光纤B4的的端面构成一个FP腔(法珀腔)。从而使得传输光纤B2中的连续光会被振动声波检测探头A上的石墨烯薄膜G反射，得到反射光。所述反射光经环形器C的2端口传输至3端口，再耦合进传输光纤B3。传输光纤B3连接相位检测器D。在相位检测器D中完成经由传输光纤B3传输的反射光的相位变化的检测。相位检测器D的信号输出端与数据采集卡Q的信号输入端连接，据采集卡Q对相位检测器D的输出信号进行数据采集，并将采集数据输入到信号处理主机N，信号处理主机N基于对应每个相位检测器D的采集数据进行楼体裂缝检测处理：若相位检测器D的采集数据存在相位变化，则判定对应的振动声波检测探头A的设置位置处存在裂缝并输出显示。其中，数据采集卡Q的采集频率可以自由设置，为了便于系统集成，在采集通道满足的前提下(即数据采集卡Q的采集通道数目m≥n)，可以将所有相位检测器D的输出信号输入同一数据采集卡Q的不同采集通道，完成对位检测器D的输出信号的数据据采集。若一个数据采集卡Q的采集通道数目m小于n，则需要多个数据采集卡Q共同完成对n路信号的采集。同时，本系统中，数据采集卡Q既可以是单独的器件，也可以将其集成在信号处理主机N中，即数据采集卡Q的信号输入端与相位检测器D的信号输出端连接，数据采集卡Q的信号输出端连接信号处理主机N处理单元，由所述处理单元对采集数据进行楼体裂缝检测处理。进一步的，振动声波检测探头A在建造高层建筑墙体时埋入高层建筑的墙体中。可按照墙体面积比例计算所需振动声波检测探头A的数量，以保证振动声波检测探头A数量足以覆盖整个建筑的所有墙体。从而实现对高层建筑的墙体结构损坏、裂缝的实时监测和精确定位。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：在本专利技术中，整个系统共用一个激光源，节约了系统成本。通过分光器将一路激光分成多个光路，且每个光路上都有一个高灵敏度的振动声波信号检测探头，可以覆盖整个高层建筑的墙体，以实现全方位无死角的对建筑的墙体进行检测。同时，用石墨烯薄膜制作的特殊结构的振动声波检测探头，可以对于非常微小的振动信号进行捕捉，极大的提高了整个系统的灵敏度。多个光路通过同一个数据采集装置，采集到的数据经同一个信号处理主机进行处理，在一定程度上节约了成本。通过将本系统在建造建筑墙体时置入墙体内部，可以实现对墙体结构以及裂缝情况进行实时检测。附图说明图1为本专利技术的系统结构示意图；图2为本专利技术的振动声波检测探头的结构示意图；图3为单振动声波检测探头在系统中的工作原理示意图；图4为检测探头在振动声波信号的作用下腔长发生改变示意图；图5为数据检测通道开启时，建筑墙体完好，未检测到裂缝振动信号；图6为数据检测通道开启时，建筑墙体发生裂缝，检测到裂缝振动信号。附图标记：A-振动声波检测探头；E-探头玻璃套管；G-探头上的石墨烯薄膜；I-FP腔(法珀腔)的腔体长度；B0、B1、B2、B3、B4-传输光纤；J-熔接点；C-环形器；1、2、3-环形器的1、2、3端口；D-相位检测器；L-窄线宽激光器；P-分光器；Q-多通道数据采集卡；N-信号处理主机；a1，a2，a3-传输光纤中的前向传输光；r1-反射光；r2-传输光纤B3中的传输光；S-裂缝振动信号。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本专利技术作进一步地详细描述。参见图1，本专利技术的多点分布式光纤声波建筑楼体裂缝检测系统包括激光发射器L、分光器P、环形器C、振动声波检测探头A、相位检测器D、数据采集卡Q、信号处理主机N和传输光纤，其连接关系为：激光发射器L的信号输出端通过传输光纤B0与分光器P的信号输入端连接；分光器P包括n路信号输出端，其每路信号输出端分别通过一路传输光纤B1与一个环形器C的端口1连接，所述环形器C的端口2通过一路传输光纤B2连接一个振动声波检测探头A，同时所述环形器C的端口3通过一路传输光纤B3与一个相位检测器D的信号输入端连接，相位检测器D的信号输出端与数据采集卡Q的信号输入端连接，数据采集卡Q的信号输出端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多点分布式光纤声波建筑楼体裂缝检测系统，其特征在于，包括激光发射器L、分光器P、环形器C、振动声波检测探头A、相位检测器D、数据采集卡Q以及信号处理主机N；其中，振动声波检测探头A设置在建筑楼体的墙体中，且振动声波检测探头A由一段传输光纤B4、玻璃套管E和石墨烯薄膜G构成，所述传输光纤B4的一端固定于玻璃套管E中，一端用于与传输光纤B2熔接，石墨烯薄膜G固定在玻璃套管E的一个端面上，并与位于玻璃套管E中的传输光纤B4的端面构成法珀腔；分光器P包括n路信号输出端，其中n对应振动声波检测探头A的数目；激光发射器L的信号输出端通过传输光纤B0与分光器P的信号输入端连接；分光器P的每路信号输出端分别通过一路传输光纤B1与一个环形器C的端口1连接，所述环形器C的端口2通过一路传输光纤B2连接一个光纤声波检测探头A，同时所述环形器C的端口3通过一路传输光纤B3与一个相位检测器D的信号输入端连接，所述每个相位检测器D用于检测振动声波检测探头A的石墨烯薄膜G反射回来的反射光的相位变化频率；相位检测器D的信号输出端与数据采集卡Q的信号输入端连接，据采集卡Q对相位检测器D的输出信号进行数据采集，并将采集数据输入到信号处理主机N，信号处理主机N基于对应每个相位检测器D的采集数据进行楼体裂缝检测处理：若相位检测器D的采集数据存在相位变化，则判定对应的振动声波检测探头A的设置位置处存在裂缝并输出显示。...

【技术特征摘要】
1.一种多点分布式光纤声波建筑楼体裂缝检测系统，其特征在于，包括激光发射器L、分光器P、环形器C、振动声波检测探头A、相位检测器D、数据采集卡Q以及信号处理主机N；其中，振动声波检测探头A设置在建筑楼体的墙体中，且振动声波检测探头A由一段传输光纤B4、玻璃套管E和石墨烯薄膜G构成，所述传输光纤B4的一端固定于玻璃套管E中，一端用于与传输光纤B2熔接，石墨烯薄膜G固定在玻璃套管E的一个端面上，并与位于玻璃套管E中的传输光纤B4的端面构成法珀腔；分光器P包括n路信号输出端，其中n对应振动声波检测探头A的数目；激光发射器L的信号输出端通过传输光纤B0与分光器P的信号输入端连接；分光器P的每路信号输出端分别通过一路传输光纤B1与一个环形器C的端口1连接，所述环形器C的端口2通过一路传输光纤B2连接一个光纤声波检测探头A，同时所述环形器C的端口3通过一路传输光纤B3与一个相位检测器D的信号输入端连接，所述每个相位检测器D用于检测振动声波检测探头A的石墨烯薄膜G反射回来的反射光的相位变化频率；相位检测器D的信号输出端与数据采集卡Q的信号输入端连接，据采集卡Q对相位检测器D的输出信号进行数据采集，并将采集数据输入到信号处理主机N，信号处理主机N基于对应每个相位检测器D的采集数据进行楼体裂缝检测处理：若相位检测器D的采集数据存在相位变化，则判定对应的振动声波检测探头A的设置位置处存在裂缝并输出显示。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在建筑楼体建筑时，将振动声波检测探头A设置在建筑楼体的墙体中，并将振动声波检测探头A的传输光纤B4一端预留在墙体外部...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宗豪，张茜，张扬，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51