基于分布式光纤的混凝土施工质量在线监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于分布式光纤的混凝土施工质量在线监测系统及方法，在线监测系统包括窄带光源、第一光纤耦合器、声光调制器、掺铒光纤放大器、带通滤波器、三端口环形器、传感光纤阵列、光纤偏振分束器、偏振光纤耦合器、第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、自相干混频单元、数据采集装置、动态滤波单元、数字解调单元、基倍频联合衰落噪声识别单元以及时频分析单元，时频分析单元对噪声消除后的相位信号时程变化进行分析，得到混凝土各点振动信号变化趋势。本发明专利技术监测系统采用设在结构内的传感光纤阵列，具有测点多，光纤传感系统灵敏度与相位振动解析精度高，全分布式缺陷识别准确，稳定性与耐久性好，实施简单。实施简单。实施简单。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式光纤的混凝土施工质量在线监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及提供一种基于分布式光纤振动传感的混凝土浇筑施工质量在线监测技术，用于土建结构工程混凝土浇筑施工质量监测，能够实现对整个浇筑施工过程的实时监测。

技术介绍

[0002]在土建交通结构建造工程中，混凝土结构浇筑施工是关键之一，其极大影响着建筑物承载力、变形、抗震性能，因此对建筑工程浇筑施工整体的质量、效率、成本，以及结构安全性及稳定性都有重要影响。因此，在建筑工程土建施工过程中，混凝土浇筑建造质量的好坏不仅影响到建筑结构安全，而且也关系到人们的生命财产安全，必须要对施工质量进行监测，以发现浇筑施工过程种否产生或存在缺陷，如桩基夹泥、缩径、离析、断裂、空洞等等各类缺陷并作出浇筑质量评价。目前国内外主要通过传统声测管方法对混凝土结构进行质量检测，该方法一般需要等到浇筑施工结束混凝土固化后才能实施，难以在浇筑施工过程中及早发现缺陷，且作业效率低，人工劳动强度很大，系统复杂，分辨率低且价格昂贵。此外，由于在混凝土浇筑期，现场工况比较复杂，目前尚无技术手段能够在早期对混凝土结构浇筑施工期等过程进行直接监测并提早发现缺陷。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题对提供一种对混凝土结构浇筑施工期进行监测的基于分布式光纤振动传感的桩基施工质量在线监测系统及方法。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的技术方案的如下：一种基于分布式光纤、的混凝土浇筑施工质量在线监测系统，包括窄带光源、第一光纤耦合器、声光调制器、掺铒光纤放大器、带通滤波器、三端口环形器、传感光纤阵列、光纤偏振分束器、偏振光纤耦合器、第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、自相干混频单元、数据采集装置、动态滤波单元、数字解调单元、基倍频联合衰落噪声识别单元以及时频分析单元；所述窄带光源的输出端连接第一耦合器的第一输入端，第一耦合器的第一输出端连接声光调制器输入端，声光调制器输出端连接掺铒光纤放大器的输入端，放大器的输出端连接带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端连接三端口环形器的输入端，三端口环形器的反射端连接传感光纤阵列，三端口环形器的输出端连接偏振光纤耦合器的输入端，第一耦合器的第二输出端连接光纤偏振分束器的输入端，光纤偏振分束器的第一输出端和偏振光纤耦合器的第一输出端连接第一平衡光电探测器输入端，光纤偏振分束器的第二输出端和偏振光纤耦合器的第二输出端连接第二平衡光电探测器输入端，第一平衡光电探测器和第二平衡光电探测器的输出端连接至所述自相干混频单元的第一输入端和第二输入端，在所述自相干混频单元的输出端依次连接数据采集装置、动态滤波单元、数字解调单元、基倍频联合衰落噪声识别单元以及时频分析单元；所述传感光纤阵列设置在浇筑的混凝土结构内；所述第一平衡光电探测器和第二平衡光电探测器将所探测到的相干光信号
转化为电信号；所述自相干混频单元将所述第一平衡光电探测器和第二平衡光电探测器转换的电信号进行互相关混频；所述动态滤波单元将经所述自相干混频单元混频后的信号分为基底及倍频两路信号；所述数字解调单元对经所述动态滤波单元分成的两路信号相位进行解调；所述基倍频联合衰落噪声识别单元对两路解调结果进行对比识别，消除所述数字解调单元解调信号中的衰落噪声及其它现场串扰噪声；所述时频分析单元对噪声消除后的相位信号时程变化进行分析，得到混凝土各点振动信号变化趋势。
[0005]质量评估单元通过对浇筑施工过程中混凝土各点振动信号变化趋势进行分析对比，通过频谱变化趋势实现对桩基质量与缺陷进行评估识别。
[0006]本专利技术基于分布式光纤振动传感的桩基施工质量在线监测系统，通过监测混凝土浇筑过程以及凝固过程中传感光纤阵列各测点的分布式振动信号频率时程变化，实现对施工过程中混凝土结构质量监测及缺陷识别。
[0007]本专利技术基于分布式光纤振动传感的混凝土结构施工质量在线监测系统，针对两种传感光纤阵列布设方法，可分别采用两种施工质量监测及缺陷识别与判定方法与判据。当整个传感光纤阵列完全捆扎于钢筋上时，可通过监测钢筋结构各点固有振动频率时程变化趋势，实现对桩基施工质量监测及缺陷识别：如钢筋某一点固有频率在浇筑期处于相对高频，而在混凝土初始凝固期间其固有频率先显著下降，然后再上升并稳定在某一相对低频，且各点频率趋势变化较一致，则判定桩基质量良好；若个别点固有频率并未呈规律性变化，或其变化趋势与其它点存在显著差异，则可判定钢筋笼存在质量缺陷可能。当整个传感光纤阵列直接埋入混凝土中时，可通过传感光纤阵列监测混凝土浇筑期间及凝固期间混凝土各点固有振动频率漂移，实现对施工质量监测及缺陷识别：如混凝土某一点固有频率在浇筑期处于相对低频，而在混凝土初始凝固期间其共振频率逐渐上升并稳定在某一相对高频，则判定该点所在桩基区域质量良好；若混凝土固有频率并未呈规律性变化，则可判定混凝土存在质量缺陷可能。
[0008]本专利技术基于分布式光纤振动传感的桩基施工质量在线监测系统，还可以通过对比桩基混凝土初凝之后钢筋或混凝土内各点的共振频率分布，进一步识别桩基质量缺陷：若钢筋笼或混凝土内各点共振频率均分布在某一特定频率范围内，则判定桩基各点区域质量良好；若钢筋笼或混凝土内某一点共振频率与其它各点振动频率显著不同，则可判定该点所在混凝土区域可能存在质量缺陷。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术监测系统，得到混凝土各点振动信号变化趋势，可通过各点振动信号变化趋势作为判断混凝土质量缺陷的依据，能够实现对整个桩基浇筑施工过程的实时监测，可通过不通的振动信号变化趋势，实现不同缺陷的识别，如桩基夹泥、缩径、离析、断裂、空洞等。本专利技术监测系统采用是设在结构内的传感光纤阵列，具有测点多，光纤传感系统灵敏度与相位振动解析精度高，全分布式缺陷识别准确，稳定性与耐久性好，实施简单。
附图说明
[0010]图1是本专利技术的一种具体结构示意图。
[0011]图2是本专利技术的一种具体实施方式图。
[0012]图3是本专利技术的一种具体实施方式图。
实施方式
[0013]以下结合附图对本专利技术作详细说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。
[0014]如图1所示，本专利技术一种基于分布式光纤的桩基施工质量在线监测系统，包括窄带光源1、第一光纤耦合器2、声光调制器3、掺铒光纤放大器4、带通滤波器5、三端口环形器6、传感光纤阵列7、光纤偏振分束器8、偏振光纤耦合器9、第一平衡光电探测器10、第二平衡光电探测器11、自相干混频单元12、数据采集装置13、动态滤波单元14、数字解调单元15、基倍频联合衰落噪声识别单元16、时频分析单元17、质量评估单元18。系统的连接方式如下：窄带光源1的输出端连接第一耦合器2的第一输入端，第一耦合器2的第一输出端连接声光调制器3输入端，声光调制器3输出端连接掺铒光纤放大器4的输入端，掺铒光纤放大器4的输出端连接带通滤波器5的输入端，带通滤波器5的输出端连接三端口环形器6的输入端，三端口环形器6的反射端连接传感光纤阵列7，三端口环形器6的输出端连接偏振光纤耦合器8的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式光纤的混凝土浇筑施工质量在线监测系统，其特征在于：包括窄带光源、第一光纤耦合器、声光调制器、掺铒光纤放大器、带通滤波器、三端口环形器、传感光纤阵列、光纤偏振分束器、偏振光纤耦合器、第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、自相干混频单元、数据采集装置、动态滤波单元、数字解调单元、基倍频联合衰落噪声识别单元以及时频分析单元；所述窄带光源的输出端连接第一耦合器的第一输入端，第一耦合器的第一输出端连接声光调制器输入端，声光调制器输出端连接掺铒光纤放大器的输入端，放大器的输出端连接带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端连接三端口环形器的输入端，三端口环形器的反射端连接传感光纤阵列，三端口环形器的输出端连接偏振光纤耦合器的输入端，第一耦合器的第二输出端连接光纤偏振分束器的输入端，光纤偏振分束器的第一输出端和偏振光纤耦合器的第一输出端连接第一平衡光电探测器输入端，光纤偏振分束器的第二输出端和偏振光纤耦合器的第二输出端连接第二平衡光电探测器输入端，第一平衡光电探测器和第二平衡光电探测器的输出端连接至所述自相干混频单元的第一输入端和第二输入端，在所述自相干混频单元的输出端依次连接数据采集装置、动态滤波单元、数字解调单元、基倍频联合衰落噪声识别单元以及时频分析单元；所述传感光纤阵列设置在浇筑的混凝土结构内；所述第一平衡光电探测器和第二平衡光电探测器将所探测到的相干光信号转化为电信号；所述自相干混频单元将所述第一平衡光电探测器和第二平衡光电探测器转换的电信号进行互相关混频；所述动态滤波单元将经所述自相干混频单元混频后的信号分为基底及倍频两路信号；所述数字解调单元对经所述动态滤波单元分成的两路信号相位进行解调；所述基倍频联合衰落噪声识别单元对两路解调结果进行对比识别，消除所述数字解调单元解调信号中的衰落噪声及其它现场串扰噪声；所述时频分析单元对噪声消除后的相位信号时程变化进行分析，得到混凝土各点振动信号变化趋势。2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的混凝土浇筑施工质量在线监测系统，其特征在于：所述基倍频联合衰落噪声识别单元，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴智深，孙安，张晋源，
申请(专利权)人：南京智慧基础设施技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：