[發明專利]一種單光纖單端結構的OTDR-FBG結構損傷檢測系統

無效

• 申請號: 201110270928.8
• 申請日: 2011-09-14
• 公開（公告）號: CN102353339A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 呂辰剛;張瑞峰;程鵬飛;鄒強
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明屬于結構安全檢測技術領域，涉及一種基于光纖傳感的結構檢測系統。

背景技術

用于橋梁、大壩、管道、圍欄等工程結構安全檢測的光纖傳感系統結構多樣，一直有相關的專利產生。例如：專利CN102072741A公開了一種超長距離分布式光纖傳感裝置，采用多中繼放大方式提高分布式光纖傳感的檢測范圍。專利CN102062730A公開了一種利用閃耀型光纖光柵檢測實時檢測油氣管道腐蝕情況的裝置；專利CN101975626A公開了一種基于布里淵效應的OTDR分布式光纖傳感系統；專利CN101832761A公開了一種利用長周期光纖光柵和信號解調模塊的高溫壓力管道的應變裝置；專利CN101629855公開了一種利用OTDR中瑞利散射和布里淵散射的外差干涉進行分布式檢測的方法；專利CN101830237A公開了一種利用光纖光柵組成的用于重載運輸線路安全檢測的傳感網絡。除以上專利外，用于工程結構安全檢測的光纖傳感系統的結構方案還有很多，但是從基本結構來說只有兩類，一類是單點式或準分布式檢測，一般采用光纖光柵或類似光纖傳感器連接而成，精度高、但是只能離散的點式檢測；另一類是分布式檢測，一般采用光時域反射技術(OTDR)，可以實現單光纖大范圍區域的連續檢測，但精度相對較低且信號解調復雜。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術的上述不足，提供一種即的結構安全檢測系統。為此，本發明采用如下的技術方案。

一種單光纖單端結構的OTDR-FBG結構損傷檢測系統，包括光時域反射傳感信號檢測模塊、光纖光柵傳感信號檢測模塊、波分復用器、單模光纖和至少一個光纖光柵，光時域反射傳感信號檢測模塊和光纖光柵傳感信號檢測模塊經過波分復用器連接到單模光纖，光纖光柵串接在單模光纖上，使用時各個光纖光柵位于待檢測的工程結構的不同部位上；光時域反射傳感信號檢測模塊包括窄脈沖光源和信號檢測單元，其產生的窄脈沖光經過波分復用器耦合到單模光纖，由單模光纖反向傳回的光被送入光時域反射傳感信號檢測模塊的信號檢測單元，由信號檢測單元根據傳回的光的光強信號，探測所檢測的工程結構是否存在損傷及損傷程度；所述的光纖光柵傳感信號檢測模塊包括寬帶光源和信號檢測單元，所述的寬帶光源的波段與窄脈沖光源的波段不重疊，由寬帶光源產生的連續光經過波分復用器耦合到單模光纖，由單模光纖反向傳回的光被送入光纖光柵傳感信號檢測的信號檢測單元，位于工程結構的不同部位上的光纖光柵的中心頻率不同，由信號檢測單元根據傳回的光的光譜變化，探測所檢測的工程結構的各個部位上的應變。

本發明利用波分復用技術，將基于光纖OTDR技術的建筑結構分布式安全評估性檢測，與基于光纖光柵技術的建筑結構關鍵點安全檢測結合起來，充分利用兩類測量技術的特點，并互補性地彌補了兩類測量技術的不足，即實現了建筑結構整體安全的評估，又能對建筑結構的關鍵部位進行精密的實時監控。適合于橋梁、大壩、石油管道等復雜結構系統的安全檢測。

附圖說明

附圖1為單光纖單端結構的集成OTDR-FBG結構損傷檢測系統圖。1為光時域反射(OTDR)傳感信號檢測模塊，用于分布式傳感檢測。2為光纖光柵(FBG)傳感信號檢測模塊，用于關鍵點的傳感檢測。3為波分復用器，用于復用1310nm的光時域反射用脈沖光和C波段的光纖光柵用連續光。4為所檢測的建筑結構。5為光纖光柵，布置于建筑結構的關鍵位置。6為普通單模光纖，分布于建筑結構中。7為建筑結構產生的裂縫

具體實施方式

本發明采用低動態范圍、高采樣分辨率的OTDR模塊作為分布式傳感檢測系統，OTDR模塊是利用光線在光纖中傳輸時的瑞利散射和菲涅爾反射所產生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表，包括脈沖光源和信號檢測單元兩部分。它被廣泛應用于光纜線路的維護、施工之中，可進行光纖長度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測量。本發明采用的OTDR模塊具有1310nm窄脈沖光源，信號檢測單元主要包括用于背向散射光強接收的光電二極管及信號采集分析器件。采用光纖光柵(FBG)傳感信號檢測模塊，作為關鍵點傳感檢測系統，包括寬帶光源和信號檢測單元兩部分。本實施例采用的寬帶光源是C波段(1520nm-1565nm)寬帶光源，信號檢測單元主要包括用于光纖光柵反射光譜檢測分析的F-P掃描濾波器件。每個光纖光柵中心波長(傳感波長)都是C波段(1520nm-1565nm)的，但是有所區別。例如FBG1是1550nm，FBG2是1555nm，FBG3是1545nm，他們之間有各自獨立的工作頻帶。