[發明專利]一種監測結構局部大變形的智能光電復合纜及監測方法

有效

• 申請號: 201610113120.1
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105788749B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 周智;任鵬;歐進萍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01B11/22
• 分類號: H01B11/22;H01B7/02;H01B7/17;H01B7/18;H01B7/24;H01B7/28;H01B7/282;G01B11/16
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 梅洪玉,潘迅

1.一種監測結構局部大變形的智能光電復合纜，其特征在于，該智能光電復合纜包括寫入光柵的第一光纖(1)，由內導體(2)、絕緣層(3)和外導體(4)構成的同軸電纜，第二光纖(5)，硅橡膠(6)，端部保護(7)，傳輸光纜(8)和傳輸電纜(9)；

所述的硅橡膠(6)以室溫固化的方式將第一光纖(1)、第二光纖(5)和同軸電纜擠壓定型為同一根纜線，硅橡膠(6)形成硅橡膠封裝層，硅橡膠封裝層的端部多出一段長度，包裹傳輸光纜(8)和傳輸電纜(9)，在端部兩側套入銅管作為端部保護(7)；第一光纖(1)和第二光纖(5)位于同軸電纜兩側，與同軸電纜保持一定間距平行布置，所述的間距大于同軸電纜外徑1.5倍；第一光纖(1)和第二光纖(5)都通過端部保護(7)、傳輸光纜(8)與光開關連接，光開關連接各解調儀，同軸電纜通過端部保護(7)和傳輸電纜(9)連接解調儀。

2.根據權利要求1所述的一種監測結構局部大變形的智能光電復合纜，其特征在于，所述的第一光纖(1)為在單模光纖上寫入等間距布置的光柵構成的光纖傳感探頭，光柵的寫入數量大于同等長度的所述的同軸電纜的鉆孔數目；所述的第二光纖(5)為由任意長普通單模光纖構成的光纖傳感探頭，傳感探頭第二光纖(5)尾端露出的尾纖能夠熔接第一光纖(1)構成環路。

3.根據權利要求1或2所述的一種監測結構局部大變形的智能光電復合纜，其特征在于，所述同軸電纜為高延性預制的同軸電纜法布里-珀羅傳感探頭，采用等間距鉆孔法制作，鉆孔間距為0.2～1m。

4.根據權利要求1或2所述的一種監測結構局部大變形的智能光電復合纜，其特征在于，所述的硅橡膠封裝層厚度小于1.5mm，硅橡膠封裝層具有防水性、耐腐蝕性、絕緣性和抗剪切性。

5.根據權利要求3所述的一種監測結構局部大變形的智能光電復合纜，其特征在于，所述的硅橡膠封裝層厚度小于1.5mm，硅橡膠封裝層具有防水性、耐腐蝕性、絕緣性和抗剪切性。

6.采用權利要求1或2或5所述的智能光電復合纜監測結構局部大變形的監測方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，預先設定第一光纖(1)、第二光纖(5)和同軸電纜的應變測量標距，并構建具有多級別測量標距的分布式監測系統：

第一光纖(1)由光開關接入光纖布拉格光柵FBG解調儀，所述的光柵的應變測量標距小于0.02m；第二光纖(5)由光開關接入布里淵光時域分析/反射BOTDA/R解調儀，光纖傳感探頭的應變測量標距大于等于0.02m，小于0.2m，同時第二光纖(5)經光開關接入拉曼光時域反射ROTDR解調儀；同軸電纜經端部保護(7)和傳輸電纜(8)接入同軸電纜法布里-伯羅CCFPI解調儀，同軸電纜傳感探頭的應變測量標距為其鉆孔間距；

第二步，采用內部預埋或表面固定的方式將智能光電復合纜布設于待測基體，通過與解調儀連接的中央處理器儲存并處理智能光電復合纜監測和解調儀解調得到的應變數據；

第三步，通過ROTDR解調儀解調得到的溫度分布對FBG解調儀解調得到的分布式應變數據進行溫度補償修正，修正后數據的突變處即為待測基體局部大變形的出現位置；

第四步，在結構局部大變形發展早期階段，將FBG和BOTDA/R解調儀解調得到且溫度補償修正后的分布式應變數據換算為變形量；

第五步，隨結構局部劣化程度加劇，若兩根光纖均未損壞，將FBG和BOTDA/R解調儀解調得到且溫度補償修正后的分布式應變數據換算為變形量；若只有其中一根光纖損壞，將BOTDA/R解調儀解調得到且溫度補償修正后的分布式應變數據換算為變形量；若兩根光纖均損壞，將CCFPI解調儀解調得到的分布式應變數據作為損傷信息，忽略同期溫度變化的影響；實現結構局部大變形全歷程監測。