[實(shí)用新型]基于光纖超聲波傳感技術(shù)的用于結(jié)構(gòu)沉降分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320261881.3
• 申請(qǐng)日: 2013-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN203432574U
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫安;吳智深
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C5/00
• 分類號(hào): G01C5/00;G01D5/353
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務(wù)所 32250
• 代理人: 王劍

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種基于光纖超聲波技術(shù)分布式光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其監(jiān)測(cè)方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁、隧道及其它各種結(jié)構(gòu)的沉降監(jiān)測(cè)。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)的沉降監(jiān)測(cè)是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的一部分，通過各種無損檢測(cè)方法獲得結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)信息，并做出安全性評(píng)價(jià)與必要的預(yù)警。結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的難點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)主要通過傳統(tǒng)檢測(cè)手段來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)沉降的測(cè)量，如慣性測(cè)量,全站儀法，水準(zhǔn)測(cè)量，缺點(diǎn)在于精度低，作業(yè)效率低，人工勞動(dòng)強(qiáng)度很大，系統(tǒng)復(fù)雜，分辨率低且價(jià)格昂貴。因此尚缺乏可靠的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)建構(gòu)沉降的長(zhǎng)期分布式實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種測(cè)量距離長(zhǎng)，探測(cè)靈敏度高，穩(wěn)定性好，可長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)且可靠性高的，用于結(jié)構(gòu)的沉降監(jiān)測(cè)的基于多模干涉效應(yīng)的光纖超聲波傳感技術(shù)的分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型利用單模光纖-大芯徑光纖-單模光纖結(jié)構(gòu)的多模干涉效應(yīng)，結(jié)合超聲波發(fā)射及檢測(cè)分析技術(shù)，組成組成分布式光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的沉降監(jiān)測(cè)，具體的方案如下：

一種基于光纖超聲波傳感技術(shù)的用于結(jié)構(gòu)沉降分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：包括超聲波脈沖發(fā)射器、光纖分束器、脈沖發(fā)生器控制單元、光纖超聲波傳感器、傳輸光纜、傳感光源、光纖分束器及信號(hào)解調(diào)與分析單元；光纖超聲波傳感器結(jié)構(gòu)為由一段大芯徑光纖兩端分別熔接兩段單模光纖構(gòu)成的單模光纖-大芯徑光纖-單模光纖型；大芯徑光纖是指纖芯直徑大于單模光纖的光纖，即纖芯直徑大于9微米的光纖；所述傳感光源通過傳輸光纖與分束器輸入端連接，分束器的輸出端與光纖超聲波傳感器的輸入端連接，光纖超聲波傳感器輸出端通過傳輸光纜與信號(hào)解調(diào)與分析單元連接；所述脈沖發(fā)生器控制單元分別與信號(hào)解調(diào)與分析單元及超聲波脈沖發(fā)生器相連接。

信號(hào)解調(diào)與分析單元由光電探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)分析及處理裝置和電腦顯示裝置依此串聯(lián)組成，所述脈沖發(fā)生器控制單元連接至所述的數(shù)據(jù)采集卡的輸入端；光纖超聲波傳感器輸出端與所述的光電探測(cè)器輸入端連接。

在所述的分束器和信號(hào)解調(diào)與分析單元之間并聯(lián)有兩個(gè)以上的所述光纖超聲波傳感器。

一種基于光纖超聲波傳感技術(shù)的用于結(jié)構(gòu)沉降分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：包括超聲波脈沖發(fā)射器、光纖反射器、脈沖發(fā)生器控制單元、光纖超聲波傳感器、傳輸光纜、傳感光源、信號(hào)解調(diào)與分析單元以及光纖耦合器組成；光纖超聲波傳感器結(jié)構(gòu)為由一段大芯徑光纖兩端分別熔接兩段單模光纖構(gòu)成的單模光纖-大芯徑光纖-單模光纖型；所述的光纖耦合器為兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端的2×2光纖耦合器；傳感光源發(fā)出的寬帶光通過2×2光纖耦合器的其中一個(gè)輸入端后分為兩路，光纖耦合器第一輸出端通過傳輸光纜連接光纖超聲波傳感器的輸入端，光纖超聲波傳感器輸出端連接光纖反射器，光纖耦合器第二輸出端連接信號(hào)解調(diào)與分析單元的輸入端，所述脈沖發(fā)生器控制單元分別與信號(hào)解調(diào)與分析單元及超聲波脈沖發(fā)生器相連接。

信號(hào)解調(diào)與分析單元由光電探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)分析及處理裝置和電腦顯示裝置依此串聯(lián)組成，所述脈沖發(fā)生器控制單元連接至所述的數(shù)據(jù)采集卡的輸入端；光纖耦合器第二輸出端與所述的光電探測(cè)器輸入端連接。

本實(shí)用新型用于結(jié)構(gòu)沉降分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括透射式和反射式兩種結(jié)構(gòu)，其中透射式采用光纖分束器，而反射式采用光纖發(fā)射器，兩種結(jié)構(gòu)采用相同的光纖超聲波傳感器，兩種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集卡的輸入端都與光電探測(cè)器的輸出端連接用于采集光電探測(cè)器的輸出信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)分析及處理單元后，在電腦顯示裝置上顯示檢測(cè)結(jié)果，以觀測(cè)光纖超聲波傳感器的信號(hào)時(shí)域相關(guān)性變化。信號(hào)分析及處理單同時(shí)連接脈沖發(fā)生器控制單元，以保證脈沖發(fā)生與數(shù)據(jù)采集的同步性。脈沖發(fā)生器控制單元還連接超聲波發(fā)生器，控制產(chǎn)生超聲波脈沖信號(hào)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、可實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)沉降長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，靈敏度高，精度好，長(zhǎng)期性好，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；

2、超聲波信號(hào)可長(zhǎng)距離傳播，工作參考點(diǎn)選擇靈活；

3、可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離分布式監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)處理；

4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且傳感器成本低，性價(jià)比高。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型透射式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型光纖超聲波傳感器的構(gòu)造示意圖。

圖3是圖1并列多個(gè)光纖超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型反射式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是圖4并列多個(gè)光纖超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式