[發明專利]一種多維多向應力應變監測系統

有效

• 申請號: 201310507840.2
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN103575332A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 蘇懷智;楊孟;李皓;楊遷
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

技術領域

本發明涉及一種基于PPP-BOTDA技術的多維多向應力應變監測系統，屬于光纖傳感技術在結構健康監測領域中的應用。

背景技術

1864年英國謝菲爾德水庫堤壩潰決，造成254人的死亡；1907年加拿大魁北克橋突然全橋倒塌，造成74人死；2000年美國加州的Carlsbad市一條天然氣管線泄漏并發生爆炸，造成12人死亡。大量事例表明，重大水利與土木工程在超長服役期間不可避免的遭受材料本身性能退化、不利環境荷載作用等的影響，極易引起工程結構服役性態異常，若不能及時監測和發現，極有可能導致一些災難性事件的發生。在中國，隨著大量民用軍用工程的興建，重要工程及重大結構的安全監測監控意義變得極為重大，因此，研發高分辨率、高精度、大測量范圍、高信息量以及高可靠性的分布式監測技術和系統，已成為廣大科研工作者和工程界高度關注的研究熱點和方向。

傳統的監測設備容易受到外界溫度、濕度等環境影響而產生測值漂移等問題；監測方式基本為點式監測，其對大型結構體的全面監測監控基本不可能實現。目前的FBG技術雖然監測精度極高，可以達到3με的應變測量精度，但是不能真正的實現分布式監測；BOFDA技術雖然空間分辨率高，但是測量范圍過小；BOCDA技術其傳感距離過短，只能對光纖上單獨的某一點進行監測；BOTDR技術其精度僅為±50με，且空間分辨率僅1m左右。

脈沖預泵浦布里淵光時域分析技術（Pulse-PrePump?Brillouin?Time?Domain?Analysis）具有高空間分辨率以及高測量精度，真正實現了分布式監測。該技術第一次進入了定量化的實用水平，是一種可靠的分布式監測手段，為工程安全監測提供了一種全新的思路。PPP-BOTDA分布式光纖傳感技術在樁基、油井、復合材料以及預應力梁的變形監測方面有一些較成熟的應用，但基于PPP-BOTDA技術的空間多維多向應力應變分布式光纖監測目前尚沒有公開的研究成果，其系統化的實現以及研究更是一個空白。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種多維多向應力應變監測系統，為結構健康診斷與評估提供更加有效、準確及全面的監測信息。

技術方案：本發明所述的多維多向應力應變監測系統，包括信息采集裝置、光纖監測裝置、數據分析平臺、集線箱和設置在待測結構體中的光纖傳感裝置；所述光纖傳感裝置用于感知待測結構體在外界因素作用下產生的應力應變信息；所述光纖監測裝置通過集線箱與所述光纖傳感裝置連接，對待測結構體進行分布式高精度監測；所述信息采集裝置與所述光纖監測裝置連接，用于捕獲和存儲光纖監測數據，并將監測信息數字化、可視化；所述數據分析平臺與所述信息采集裝置相連，為用戶提供數據準備、圖形查看、數據基本分析和應力計算功能。

所述光纖監測裝置包括信號處理設備、泵浦光源、光電轉換開關、放大器、光路控制設備、探測光源、偏控設備、第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器和測量計時功能用裝置，所述信號處理設備的信號連接端口E和信號連接端口F分別連接泵浦光源和探測光源的光輸入端口，實現調制泵浦光源和探測光源的光信號的頻率和功率值；泵浦光源的光信號輸出端口依次連接光電轉換開關和放大器和光路控制設備輸入端口，后經集線箱與光纖傳感裝置中當前監測的光纖的初始端跳線連接端口連接；探測光源的光輸出端口連接偏控設備的輸入端口，后經集線箱與光纖傳感裝置中當前監測的光纖的末端另一跳線連接端口連接；第一光電探測器的信號輸入端與泵浦光源側傳感光纖連接，信號輸出端與信號處理設備的C接口連接，將探測到的泵浦光源的實際輸出值傳輸給信號處理設備以對泵浦光源的光信號的頻率和功率值進行進一步調整；第二光電探測器的信號輸入端與探測光源側傳感光纖連接，信號輸出端與信號處理設備的D接口連接，將探測到的探測光源的實際輸出值傳輸給信號處理設備以對探測光源的光信號的頻率和功率值進行進一步調整；測量計時功能用裝置的信號輸入端與傳感光纖一端連接，信號輸出端與信號處理設備的B接口連接實現對傳輸路徑上光纖各點的空間定位；第三光電探測器的信號輸入端與光路控制設備（11）的傳感光纖一端連接，信號輸出端與信號處理設備的A接口連接，實現對背向的受激布里淵散射信號功率進行測量。