基于分布式短标距光纤应变传感器的裂缝感测系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了基于分布式短标距光纤应变传感器的裂缝感测系统和方法，包括分布式短标距光纤应变传感器和标准型布里渊光纤解调设备。分布式短标距光纤应变传感器布在监测结构表面或内部；通过解调设备读取不同时期不同监测断面布里渊增益谱数据；根据增益谱的裂缝指纹特征对裂缝进行早期预警和定位；对裂缝断面增益谱进行信号处理，通过分峰拟合算法确定各峰中心频率；通过所得增益谱各峰中心频率推算裂缝宽度。本发明专利技术突破了标准型布里渊解调设备固有的性能极限，实现对各类结构裂缝进行全面的早期预警和精确量化评估，方便、经济地实现超长距离的裂缝长期监测，实现监测成本的数量级式下降和监测效果的数量级式提升。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式短标距光纤应变传感器的裂缝感测系统和方法
本专利技术涉及智能传感监测的
，特别是一种基于分布式短标距光纤应变传感器的裂缝感测系统和方法。
技术介绍
各类土木工程基础设施在运营过程中由于老化、疲劳、不利荷载或外部环境等多方面原因会形成结构裂缝。结构裂缝的发展不可避免地会影响到各类基础设施的功能、美观、耐久性乃至安全性。因此，对结构裂缝的早期发现和量化评估对于各类土木工程基础设施的结构运维至关重要。然而，早期结构裂缝往往微小，且多以零星分布的方式随机发生。由于土木工程基础设施体量规模巨大，目前以点式、准分布式为主的传统传感器监测体系，难以经济地形成对潜在裂缝的全面覆盖，尚无法有效应对这类早期裂缝的预警和量化。分布式光纤应变传感技术以其优良的分布性、稳定性等优点，近年来在各种土木工程结构健康监测领域中获得了广泛的应用。其中，基于布里渊散射原理的各类应变传感技术如BOTDA(BrillouinOpticalTimeDomainAnalysis)、BOTDR(BrillouinOpticalTimeDomainReflec本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分布式短标距光纤应变传感器的裂缝感测系统，其特征在于：包括分布式短标距光纤应变传感器和与分布式短标距光纤应变传感器相连接的标准型布里渊光纤解调设备；分布式短标距光纤应变传感器的标距不大于标准型布里渊光纤解调设备的空间分辨率长度的一半。/n

【技术特征摘要】
20210425 CN 20211045051511.一种基于分布式短标距光纤应变传感器的裂缝感测系统，其特征在于：包括分布式短标距光纤应变传感器和与分布式短标距光纤应变传感器相连接的标准型布里渊光纤解调设备；分布式短标距光纤应变传感器的标距不大于标准型布里渊光纤解调设备的空间分辨率长度的一半。


2.根据权利要求1所述的基于分布式短标距光纤应变传感器的裂缝感测系统，其特征在于：分布式短标距光纤应变传感器采用定点锚固的方式安装于待测结构表面或内部，分布式短标距光纤应变传感器以离散的锚固点与所测结构变形耦合。


3.基于分布式短标距光纤应变传感器的裂缝感测方法，其特征在于：采用标准型设备和短标距光纤应变传感器相结合，能实现对结构裂缝的早期裂缝预警。


4.根据权利要求3所述的基于分布式短标距光纤应变传感器的裂缝感测方法，其特征在于：早期裂缝的预警方法，包括如下步骤：
步骤1、读取基准布里渊增益谱信号：在待监测基础设施表面或内部布设分布式短标距光纤应变传感器和温度补偿传感器；其中，分布式短标距光纤应变传感器与标准型布里渊光纤解调设备相连接；接着，通过标准型布里渊光纤解调设备读取沿光纤长度方向各传感截面的布里渊增益谱信号；同时，温度补偿传感器测量此时分布式短标距光纤应变传感器在各个传感截面的基准温度；
步骤2、监测读取布里渊增益谱信号：当对待监测基础设施表面进行加载或待监测基础设施自身受力情况发生变化时，监测通过标准型布里渊光纤解调设备读取沿光纤长度方向各传感截面的布里渊增益谱信号；同时，温度补偿传感器测量此时分布式短标距光纤应变传感器在各个传感截面的温度；
步骤3、温度补偿：根据步骤2中温度补偿传感器所读取的温度与步骤1中温度补偿传感器所读取的温度差值，对监测读取的布里渊增益谱信号进行温度补偿，得到排除温度因素影响而仅与变形因素有关的监测布里渊增益谱；
步骤4、早期裂缝预警：将基准布里渊增益谱与监测布里渊增益谱进行对比，通过布里渊增益谱的形态特征演化来判断对应传感截面处是否有早期裂缝发生。


5.根据权利要求4所述的基于分布式短标距光纤应变传感器的裂缝感测方法，其特征在于：步骤4中，当监测布里渊增益谱，具体如下(a)～(c)中任一项变化情况时，则需进行早期裂缝预警：
(a)监测布里渊增益谱的基底变宽，同时不对称地向左倾斜，其左侧的曲线斜率较右侧更大；
(b)监测布里渊增益谱高频侧基底部位出现明显隆起；
(c)监测布里渊增益谱在高频区域出现一个从主峰脱落的分离的次峰。


6.根据权利要求3所述的基于分布式短标距光纤应变传感器的裂缝感测方法，其特征在于：采用标准型设备和短标距光纤应变传感器相结合，在对结构裂缝的早期裂缝预警完成后，还能实现裂缝宽度的测量。


7.根据权利要求6所述的基于分布式短标距光纤应变传感器的裂缝感测方法，其特征在于：裂缝宽度的测量方法，包括如下步骤：
步骤51、提取裂缝应变信息：通过观察早期裂缝引致的监测布里渊增益谱特征，采用分峰拟合算法或谱峰移动和谱峰峰降现象，确定裂缝应变信息εc；
步骤52、计算裂缝宽度d，具体计算公式为：
d＝εcGLd/k
其中k为应变综合转换系数；GLd为分布式短标距光纤应变传感器的设计标距长度。


8.根据权利要求7所述的基于分布式短标距光纤应变传感器的裂缝感测方法，其特征在于：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩天然，吴刚，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32