監測結構體安全的傳感光纖聲發射集成感知系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種監測結構體安全的傳感光纖聲發射集成感知系統及方法，該系統包括傳感光纖去溫度干擾裝置和傳感光纖聲發射解調裝置，傳感光纖依次穿過傳感光纖去溫度干擾裝置和傳感光纖聲發射解調裝置。本發明的感知結構性能劣化分布式傳感光纖聲發射調控裝置，集成了多復雜裝置多功能模塊多互聯組件的傳感光纖聲發射感知系統，首創提出融合飛秒脈沖技術、聲發射技術和多級物理尺度下多聲發射波共腔孔多級時間延遲與多聲波振動頻率下的傳感光纖聲發射集成感知系統及方法，實現了多層級高精度辨識的監測與探測融合的新型技術，可以實現流程化、自動化應用，在降低監測成本、提高監測精度及提升工程實用化能力等方面具有較大優勢。
【專利說明】
監測結構體安全的傳感光纖聲發射集成感知系統及方法
技術領域
[0001]本發明涉及感知結構性能劣化分布式傳感光纖聲發射調控裝置及方法，屬于水工程結構安全監測與探測領域。【背景技術】
[0002]光纖傳感技術以光波為傳感信號，以光纖為傳輸載體，感知和探測外界被測信號， 在傳感方式、傳感原理以及信號的探測與處理等方面都具有傳統電學傳感器所沒有的優勢，與傳統的傳感元件相比，光纖傳感技術具有抗電磁干擾、抗化學腐蝕、抗輻射性能好、且本身不帶電、體積小、質量輕、容易彎曲等優勢，1977年美國海軍研究所(NRL)開始執行由 Charles M.Davis博士主持的Foss計劃(光纖傳感器系統)，從此光纖傳感器開始問世，隨后的0TDR、B0TDA、FBG等技術被不斷地提出，光纖傳感技術越來越被重視與利用，但是由于其空間分辨過低、大傳輸距離時光損過高等因素，嚴重阻礙著光纖傳感技術向著小型化、遠程化、分布式、高精度的發展；
[0003]當應力、溫度、腐蝕、荷載等外界因素對混凝土結構體進行干擾時，材料內部會產生斷裂或者變形等情況，此時結構體會釋放出彈性能，也是就聲發射，聲發射技術本質上講，就是采用一些聲發射傳感器來感知與采集這些聲發射信號，通過存儲與辨析這些聲發射信號來推斷結構體內可能存在的損傷與破壞，最終對混凝土結構體的服役性態給出判斷，聲發射技術具有動態性、敏感性、整體性等優點，但是仍然存在較多缺陷，比如信號傳輸距離短、監測內容少、抗電磁干擾能力差等缺點，嚴重的阻礙著其發展；
[0004]傳統的壓電陶瓷聲發射檢測法，其技術成熟、操作簡單，但是弊端也較多，比如系統較為龐大、線纜過多、抗電測干擾能力差，為此，產生了一種新型的光纖布拉格光柵型聲發射檢測系統，其靈敏度高、抗電磁干擾能力強，但是該種方法也存在較為嚴重的問題，其仍舊屬于當前較為傳統的點式監測，已經遠遠不能滿足當前大結構體、廣監測范圍、遠距離傳輸等問題，因此需要研制一種新型的分布式傳感光纖型的聲發射監測探測系統。
【發明內容】
[0005]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種感知結構性能劣化分布式傳感光纖聲發射調控裝置及方法，融合傳感光纖去溫度干擾裝置、傳感光纖聲發射感知裝置、傳感光纖聲發射解調裝置，集成了多復雜裝置多功能模塊多互聯組件的傳感光纖聲發射感知系統，實現了多層級高精度辨識的監測與探測融合的新型技術，可實現結構體內微小結構損傷的高精度探測與監測。
[0006]技術方案:為解決上述技術問題，本發明的一種監測結構體安全的傳感光纖聲發射集成感知系統，其特征在于:包括傳感光纖去溫度干擾裝置和傳感光纖聲發射解調裝置， 傳感光纖依次穿過傳感光纖去溫度干擾裝置和傳感光纖聲發射解調裝置；
[0007]所述傳感光纖去溫度干擾裝置包括真空腔模塊、復合材料平槽模塊和端口固纖模塊，真空腔模塊與復合材料平槽模塊連接，端口固纖模塊與真空腔模塊通過四角塞體相連接，傳感光纖依次穿過復合材料平槽模塊、真空腔模塊和端口固纖模塊，所述真空腔模塊、 復合材料平槽模塊和端口固纖模塊均固定在安裝管內，安裝管位于去溫底臺上;所述復合材料平槽模塊包括特種復合材料制成的圓柱體，圓柱體中心設有傳感光纖穿過的通孔，在圓柱體頂部設有壓蓋，壓蓋中心設有對凹形注膠槽;所述真空腔模塊包含真空腔和彈性緊固外環，所述真空腔的一端與蓋板連接，蓋板通過膠水固定在安裝管內，另一端與彈性緊固外環連接，所述彈性緊固外環中心設有圓孔，圓孔內設有硬質護纖外層，彈性緊固外環的底端設有圓錐孔，圓錐孔內安裝有四角塞體，四角塞體延伸有圓柱凸臺，圓柱凸臺位于硬質護纖外層內，圓柱凸臺內穿過傳感光纖，真空腔與位于安裝管外的抽真空裝置連接，傳感光纖依次穿過蓋板、真空腔和四角塞體;所述端口固纖模塊包括左弧壓體和右弧壓體，所述左弧壓體和右弧壓體的一端分別與彈性緊固外環的底端鉸接，左弧壓體和右弧壓體的另一端分別延伸有凸臺，凸臺上設有連接裝置，所述左弧壓體和右弧壓體的弧形面相對設置，左弧壓體和右弧壓體形成弧壓空腔，弧壓空腔中穿過傳感光纖；
[0008]所述傳感光纖聲發射解調裝置包括若干個傳感光纖聲發射感知裝置和聲發射源， 所述傳感光纖聲發射布設裝置包含內支撐體、網孔模塊、載纖模塊和轉連模塊，所述內支撐體、網孔模塊和載纖模塊組成圓柱狀形狀，所述內支撐體的截面為四邊內凹的四角內凹形， 內支撐體四個面為凹面，在內支撐體的四個凹面中均設有若干個網孔的網孔模塊，相鄰兩個網孔模塊之間設有載纖模塊，載纖模塊內包含傳感光纖;所述聲發射源與傳感光纖的一端連接，傳感光纖的另一端與接收器連接，接收器依次與光探測器、第二放大器、信號處理器、存儲器和混凝土結構體監測與評估信息系統連接。
[0009]作為優選，所述抽真空裝置包含真空栗和氣閥，真空腔通過管道與氣閥連接，氣閥上安裝有真空栗，所述管道上安裝有真空度傳感器。
[0010]作為優選，所述連接裝置包含框橫連軸，兩個凸臺上均設有通孔，框橫連軸穿過兩個通孔后通過松緊控帽鎖緊。
[0011]作為優選，還包括激光光源，激光光源依次通過鎖模激光器、偏振分束器、非線性放大器、光譜儀、邁克爾遜干涉儀、飛秒脈沖、邊緣濾波器、第一放大器和光分器連接，光分器與傳感光纖連接。
[0012]作為優選，所述網孔模塊包含載體，載體上設有沿傳感光纖軸線方向上的網孔，每一個載體上設有三角共腔網孔、圓共腔網孔、四邊共腔網孔、五角共腔網孔中的一種，每個載體上的網孔形狀均不同，三角共腔網孔、圓共腔網孔、四邊共腔網孔和五角共腔網孔按照逆時針順序設置。
[0013]作為優選，所述載纖模塊包含阻隔塊、封閉塞、雙光纖通道和半圓承纖臺，所述半圓承纖臺與載體連接，半圓承纖臺內設有雙光纖通道，雙光纖通道內設有兩條傳感光纖，在半圓承纖臺頂部的兩邊分別鉸接有封閉塞，兩個封閉塞通過阻隔塊鎖緊。
[0014]作為優選，所述半圓承纖臺內設有分隔兩條傳感光纖的隔纖壁，所述隔纖壁為真空絕熱板。
[0015]作為優選，還包含轉連模塊，所述轉連模塊包含第一底座和第二底座，第一底座通過第一套環與折軸外延柱連接，第二底座通過第二套環與折軸外延柱連接，第一套環和第二套環上均設有鎖緊裝置，第一底座的上端布設有第一載纖彎孔，第二底座的上端布設有第二載纖彎孔，折軸外延柱設有內通孔，在內通孔內設有彎轉折軸，彎轉折軸的上端面設有固定栓塞。
[0016]—種上述的感知結構性能劣化分布式傳感光纖聲發射調控裝置的運行方法，包括以下步驟:
[0017]第一步、通過框橫連軸將兩個凸臺串聯到框橫連軸上，轉動框橫連軸上的松緊控帽，控制松緊控帽向內轉動，使得凸臺對向運動，進而通過凸臺將傳感光纖固定到弧壓空腔中，以形成振弦的形式；
[0018]第二步、由內到外配置硬質護纖外層、彈性緊固外環，將蓋板通過膠水固定在安裝管內形成密閉的空腔，通過注膠也將蓋板上的傳感光纖進行固定，此時該真空腔段處于外界無溫度干擾的狀態，其獲取的應力應變數值為去溫度影響之后的數值，將其記錄為其第一次無溫度干擾傳感光纖監測應變數值，此時該真空腔段處于外界無溫度干擾的狀態，其獲取的應力應變數值為去溫度影響之后的數值;將真空腔段與圓柱體的傳感光纖所監測到外界荷載所產生的應力應變數值的平均值作為最終監測結果；
[0019]第三步、卸掉阻隔塊，繞著彎轉折軸打開兩側的封閉塞，沿著隔纖壁將雙光纖通道布設到半圓承纖臺的底端，將八根傳感光纖按照兩個一組的形式布設到四個雙光纖通道中，繞著彎轉折軸將兩側的封閉塞關閉，按壓封閉塞對接處，將阻隔塊穿過隔纖壁的上端， 將兩側的封閉塞閉合處進行固定，按照同樣方式將其他處隔纖壁上的阻隔塊進行固定，最終完成網孔模塊和四向載纖模塊的布設；
[0020]第四步、按照工程的需要轉動彎轉折軸，進而帶動第一底座和第二底座的旋轉，從而使得第一載纖彎孔和第二載纖彎孔之間形成一定的夾角，后將固定栓塞套入彎轉折軸中，并將彎轉折軸固定，進而固定第一載纖彎孔和第二載纖彎孔之間的角度；
[0021]第五步、當結構體在外界荷載作用下產生聲發射源時，聲發射源中的聲發射波將影響到傳感光纖聲發射感知裝置中傳感光纖的飛秒脈沖光信息，這些信息會被從物理尺寸上被二次放大與延遲，被二次放大與延遲的聲發射信息會傳遞給傳感光纖，通過接收器、光探測器對變化的飛秒脈沖光信息進行接收并探測，后經過信號處理器和存儲器將變化的飛秒脈沖光信息進行去噪處理和數據存儲，進而匯聚到結構體監測與評估信息系統中，繪制結構體監測與評估信息系統中的飛秒脈沖光信息的變化時程曲線，反映聲發射源所產生的聲發射波的變化，進而實現對結構體動態的監測。
[0022]有益效果:本發明的感知結構性能劣化分布式傳感光纖聲發射調控裝置，從機理及實際工程應用層面，突破傳統意義上的簡單技術單純性地疊加，集成了多復雜裝置多功能模塊多互聯組件的傳感光纖聲發射感知系統，首創提出融合飛秒脈沖技術、聲發射技術和多級物理尺度下多聲發射波共腔孔多級時間延遲與多聲波振動頻率下的傳感光纖聲發射集成感知系統及方法，實現了多層級高精度辨識的監測與探測融合的新型技術，可完成全程分布式監測、高空間分辨率空間定位和高精度定量辨識，其具有靈活性強、操作簡單、 使用便捷等優勢，可以實現流程化、自動化應用，在降低監測成本、提高監測精度及提升工程實用化能力等方面具有較大優勢。【附圖說明】[〇〇23]圖1為本發明的結構圖。
[0024]圖2為圖1中傳感光纖去溫度干擾裝置的結構示意圖。
[0025]圖3為圖2的主視圖。
[0026]圖4為圖1中傳感光纖聲發射感知裝置的結構示意圖。[〇〇27]圖5為轉連模塊的結構示意圖。
[0028]圖6為圖1中傳感光纖聲發射解調裝置的結構示意圖。【具體實施方式】
[0029]如圖1至圖6所示，本發明的監測結構體安全的傳感光纖聲發射集成感知系統，包括傳感光纖去溫度干擾裝置和傳感光纖聲發射解調裝置，傳感光纖依次穿過傳感光纖去溫度干擾裝置和傳感光纖聲發射解調裝置。
[0030]所述傳感光纖去溫度干擾裝置包括真空腔模塊、復合材料平槽模塊、端口固纖模塊，真空腔模塊與復合材料平槽模塊通過邊長為2cm的蓋板217連接，端口固纖模塊與真空腔模塊通過各頂點間長度2cm的四角塞體相連接，復合材料平槽模塊通過長度為30cm、高度為5cm、寬度20cm的去溫底臺與端口固纖模塊相連接，相鄰的兩個去溫度干擾的傳感光纖監測裝置通過長度30cm、寬度4cm的左連接卡槽221、長度30cm、寬度4cm的右連接卡槽210和高度為6cm、直徑為lcm的卡槽固定栓222進行連接。[〇〇31]真空腔模塊中從內到外依次覆蓋在GJJV型號緊套傳感光纖外面的分別為TPU型硬質護纖外層209、直徑5cm的TPEE型的彈性緊固外環212, ITU型硬質護纖外層209主要是將 GJJV型號緊套傳感光纖有效地固定在長度10cm、直徑5cm的真空腔模塊中，TPEE型彈性緊固外環212的作用主要是保護硬質護纖外層209，TPEE型的彈性緊固外環212與蓋板217形成一個空腔結構，即為長度l〇cm、直徑5cm的真空腔216。真空腔216與安裝管外的抽真空裝置連接，抽真空裝置包含真空栗215和氣閥214,真空腔216通過管道與氣閥214連接，氣閥上安裝有真空栗215,所述管道上安裝有真空度傳感器。通過真空傳感器檢測真空腔216內的真空度，當真空腔216內的真空度達到要求時，真空栗215停止工作，關閉氣閥。
[0032]復合材料平槽模塊中特種復合材料制成的圓柱體219的材質取為特種性能樹脂基復合材料，在特種性能樹脂基復合材料材質的圓柱體219的末端布設有圓弧形的對凹形注膠槽220,在本實例中，安裝管中內嵌有特種性能樹脂基復合材料的特種復合材料219,且規定特種性能樹脂基復合材料的熱膨脹系數與特種性能樹脂基復合材料中GJJV型號緊套傳感光纖的熱膨脹系數之差與該對應段GJJV型號緊套傳感光纖應變值的乘積等于該對應段 GJJV型號緊套傳感光纖的溫度系數。[〇〇33]端口固纖模塊中左弧壓體204和右弧壓體205均為硬質材料的結構體，其弧度為V 3，左弧壓體204和右弧壓體205為中間凸起而兩端下凹的結構，兩個凸臺為左弧壓尖柄200 和右弧壓尖柄201，左弧壓尖柄200和右弧壓尖柄201為長度為2cm、寬度為lcm的長方體，且框橫連軸203為直徑2cm、長度為8cm的圓柱形結構形式，松緊控帽202的內徑為2cm、外徑為 2.5cm，內徑2cm、外徑2.5cm的松緊控帽202可以控制直徑2cm、長度8cm的框橫連軸203上左弧壓尖柄200和右弧壓尖柄201的運動，進而，通過左弧壓體204和右弧壓體205的凸起結構將GJJV型號緊套傳感光纖206固定在弧壓空腔中。
[0034]所述傳感光纖聲發射解調裝置包括若干個傳感光纖聲發射感知裝置和聲發射源， 傳感光纖聲發射布設模塊包括了四個傳感光纖聲發射布設裝置，每個傳感光纖聲發射布設裝置中均布設有八根GJJV型號緊套傳感光纖，在水荷載作用下高混凝土壩壩踵內部會產生不同程度的裂縫，但是從表觀并不能發現，因此需要探測可能出現內部的微觀的裂縫，聲發射模塊中聲發射源336將聲發射波傳遞給傳感光纖聲發射布設模塊中的GJJV型號緊套傳感光纖，GJJV型號緊套傳感光纖與聲發射模塊中接收器334的輸入端相連接，后依次經過光探測器333、第二放大器332、信號處理器331和存儲器330,最后與混凝土結構體監測與評估信息系統329相連接。
[0035]本實施例中，每個傳感光纖聲發射布設裝置包括網孔模塊、四個載纖模塊、轉連模塊，網孔模塊與載纖模塊通過圓弧形結構的彎轉折軸402相連接，在彎轉處布設有轉連模塊，用于彎曲與固定GJJV型號緊套傳感光纖所在的網孔模塊和載纖模塊。[〇〇36]本實施例中，截面為等邊三角形、邊長為2cm的三角共腔網孔407共有16個，且排成四排的形式，位于內撐住體的右上半圓內，截面為圓形、直徑為3cm的圓共腔網孔403共有三排，是由等圓截面的12個空腔組成，位于內撐住體的左上半圓內，截面為等邊四邊形、邊長為2.5cm的四邊共腔網孔404共有4排，是由等邊四角形截面的12個空腔組成，位于內撐住體的左下半圓內，截面為等邊五邊形、邊長為1.5cm的五角共腔網孔408是由3排等邊五角形截面的12個空腔組成，位于內撐住體的右下半圓內。截面為等邊三角形、邊長為2cm的三角共腔網孔407、截面為圓形、直徑為3cm的圓共腔網孔403、截面為等邊四邊形、邊長為2.5cm的四邊共腔網孔404、截面為等邊五邊形、邊長為1.5cm的五角共腔網孔408按照逆時針的順序依次與四角內凹形的內撐住體409相連接。[〇〇37] 本實施例中，三角共腔網孔407、圓共腔網孔403、四邊共腔網孔404、五角共腔網孔 408位于四個大小和形狀相同的載體上。12個圓共腔網孔403、16個三角共腔網孔407、12個四邊共腔網孔404、12個五角共腔網孔408,由于相互之間的網孔截面形狀及排列形式都各不相同，在感知聲發射波時，圓共腔網孔403、三角共腔網孔407、四邊共腔網孔404和五角共腔網孔408將分別產生不同的時間延遲與聲波共振頻率。
[0038]本實施例中，包含四個相同的載纖模塊組件組成，且四個組件相鄰之間的夾角為 90°，每一個組件中圓弧截面形式的封閉塞401對稱分布在長度為8cm的隔纖壁435的兩側， 直徑為5cm的雙光纖通道405中間位置為長度為8cm的隔纖壁435，隔纖壁435為VIP板，直徑為5cm的雙光纖通道405外周為直徑為12cm的半圓承纖臺406,圓弧截面形式的彎轉折軸402 位于圓弧截面形式的封閉塞401的兩側，圓弧截面形式的封閉塞401位于直徑為12cm的半圓承纖臺406的上端，將封閉塞401繞著彎轉折軸402轉動，可將直徑為5cm的雙光纖通道405壓制到直徑為12cm的半圓承纖臺406中，在對稱分布于長度為8cm的隔纖壁435兩側的圓弧截面形式的封閉塞401閉合后，將長度2cm、寬度lcm的阻隔塊400扣至于長度為8cm的隔纖壁 435的外端，以將封閉塞401閉合處進行固定。阻隔塊400可以為類似螺釘的結構，將兩個封閉塞鎖緊。[〇〇39] 本實施例中，高度50cm、寬度5cm的折軸外延柱410位于底端寬度30cm的第一底座 412和底端寬度30cm的第二底座411的中間位置，第一底座412通過第一套環417與折軸外延柱410連接，第二底座411通過第二套環418與折軸外延柱410連接，第一套環417和第二套環 418上均設有鎖緊裝置，第一底座412的上端布設有直徑30cm的第一載纖彎孔413,底端寬度 30cm的第一底座412上直徑30cm的第一載纖彎孔413用于放置網孔模塊和載纖模塊構成組件的一端，底端寬度30cm的第二底座411的上端布設有直徑30cm的第二載纖彎孔414,第二底座411上的第二載纖彎孔414用于放置網孔模塊和載纖模塊構成組件的另一端，直徑3cm、高度60cm的彎轉折軸415的外緣與高度50cm、寬度5cm的折軸外延柱410的內緣相連接，彎轉折軸415位于折軸外延柱410的中間位置，通過折軸外延柱410將直徑30cm的第一載纖彎孔 413和直徑30cm的第二載纖彎孔414與直徑3cm、高度60cm的彎轉折軸415相連接，通過轉動折軸外延柱410,第一載纖彎孔413和第二載纖彎孔414之間將形成一定的角度，通過鎖緊裝置將第一套環417和第二套環418鎖緊在折軸外延柱410上，而直徑3.8cm、高度1.5cm的固定栓塞416位于直徑3cm、高度60cm的彎轉折軸415的上端面處，彎轉折軸415超出折軸外延柱 410的部分具有螺紋，將直徑3.8cm、高度1.5cm的固定栓塞416旋入到彎轉折軸415的上端后，可以將直徑30cm的第一載纖彎孔413和直徑30cm的第二載纖彎孔414之間以任意角度進行固定。
[0040]本實施例中，激光光源319可以發出激光脈沖，且激光光源319的輸出端與鎖模激光器320的輸入端相連接，利用鎖模技術可以產生激光超短脈沖，將激光脈沖的寬度縮短到飛秒量級，產生高的脈沖寬度和功率值，鎖模激光器320的輸出端與偏振分束器321的輸入端相連接，偏振分束器321的輸出端與非線性放大器322的輸入端相連接，非線性放大器322 的輸出端與光譜儀323的輸入端連接，利用光譜儀323,通過光電倍增管等光探測器測量譜線不同波長位置強度的裝置，光譜儀323的輸出端與邁克爾遜干涉儀324的輸入端連接，邁克爾遜干涉儀324輸出的飛秒脈沖經過邊緣濾波器326的輸入端后進入第一放大器327的輸入端，第一放大器327的輸出端與光分器328的輸入端連接，光分器328的輸出端與四個傳感光纖聲發射布設裝置335中的傳感光纖的輸入端相連接。[〇〇41]本實施例中，水位高度為l〇〇m時，100m水頭壓力作用下高混凝土壩壩踵內部會產生了不同程度的長短不同的裂縫，此時，長短不同的裂縫會激勵產生聲發射源336,布設在混凝土結構體內部四個傳感光纖聲發射布設裝置中的GJJV型號緊套傳感光纖的光信息會產生隨著生聲發生源336產生的聲發射波而不斷地變化，傳感光纖的光信號輸出端與接收器334的輸入端相連接，接收器334的輸出端與光探測器333的輸入端連接，光探測器333的輸出端與第二放大器332的輸入端連接，第二放大器332的輸出端與信號處理器331的輸入端相連接，信號處理器331的輸出端與存儲器330的輸入端相連接，通過存儲器330將不斷隨著聲發射波變化而變化的傳感光纖上的光信息進行實時存儲，且不斷地輸出到混凝土結構體監測與評估信息系統329中。
[0042]在本發明中，傳感光纖聲發射解調裝置中的8根傳感光纖都要經過傳感光纖溫敏補償裝置，但是不是一次性都連接到傳感光纖聲發射解調裝置上，只需要一根測完了，換成另一根再連接到傳感光纖聲發射解調裝置上解調就可。
[0043]—種如上述的監測結構體安全的傳感光纖聲發射集成感知系統的運行方法，包括以下步驟:
[0044](1)確定待測區域、裝配各裝置及模塊[〇〇45] 本水工混凝土壩表面待監測的區域為100m X 100m的平面區域，計劃使用8根500m 長的傳感光纖，且基于當時結構體以前的監測情況以及施工狀態，依據傳感光纖去溫度干擾裝置、傳感光纖聲發射解調裝置的順序依次進行配置；[〇〇46](2)封裝傳感光纖、進行初始布設[〇〇47]將截面為等邊三角形、邊長為2cm的16個三角共腔網孔407、截面為圓形、直徑為 3cm的12個圓共腔網孔403、截面為等邊四邊形、邊長為2.5cm的12個四邊共腔網孔404、截面為等邊五邊形、邊長為1.5cm的12個五角共腔網孔408按照逆時針的順序依次與四角內凹形的內撐住體409相連接;將8根500m長的GJJV型號緊套傳感光纖依次布設到直徑為5cm的雙光纖通道405中，后轉動彎轉折軸402將兩側的封閉塞401關閉，將阻隔塊400穿過隔纖壁435 的上端，將兩側的封閉塞401閉合處進行固定，將配置好的網孔模塊和四向分布的載纖模塊放置到轉連模塊中進行初始布設；[〇〇48](3)調試各模塊、獲取初步監測能力[〇〇49] 轉動直徑2cm、長度8cm的框橫連軸203將長度為2cm、寬度為lcm的左弧壓尖柄200 和長度為2cm、寬度為lcm的右弧壓尖柄201串聯到直徑2cm、長度8cm的框橫連軸203上，轉動框橫連軸203上的內徑2cm、外徑2.5cm的松緊控帽202，控制松緊控帽202向內轉動，通過弧度為Ji/3的左弧壓體204和弧度為jt/3的右弧壓體205中間凸起的部位將GJJV型號緊套傳感光纖固定到弧壓空腔207中；確定11處直徑30cm的第一載纖彎孔413和直徑30cm的第二載纖彎孔414之間的角度全部為60°，固定第一載纖彎孔413和第二載纖彎孔414之間的角度；
[0050](4)運行調試、獲取初始數值
[0051]通過真空栗215將真空腔216抽真空，形成密閉的空腔，此時該真空腔段GJJV型號緊套傳感光纖處于外界無溫度干擾的狀態，將其記錄為其第一次無溫度干擾傳感光纖監測應變數值;在圓弧形的對凹形注膠槽220中注入快凝膠水，使得真空腔216為全真空或者準真空狀態，且通過該處的GJJV型號緊套傳感光纖也被固定，此時該圓柱體的GJJV型號緊套傳感光纖所獲取的外界荷載所產生的應變數值為去溫度影響之后的數值，將其記錄為其第二次無溫度干擾傳感光纖監測應變數值，真空腔216段與圓柱體段的GJJV型號緊套傳感光纖所監測到外界荷載所產生的應變數值平均值的結果符合正態分布的規律，將處于最大概率所對應的數值，作為最終監測結果；[〇〇52](5)打開各部件、實時監測與分析[〇〇53]水工混凝土壩某處出現了損傷，會產生聲發射信號，通過五角共腔網孔408、三角共腔網孔407、圓共腔網孔403和四邊共腔網孔404進行傳播的聲發射信號會按照不同的時間與頻率傳導到傳感光纖聲發射感知裝置中的GJJV型號緊套傳感光纖中，GJJV型號緊套傳感光纖中的變化光信息會通過接收器334、光探測器333、存儲器330,將變化的光信息匯集到結構體監測與評估信息系統329中，評估結構體損傷的程度及位置，實現動態監測與分析。[〇〇54]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種監測結構體安全的傳感光纖聲發射集成感知系統，其特征在于:包括傳感光纖 去溫度干擾裝置和傳感光纖聲發射解調裝置，傳感光纖從傳感光纖聲發射解調裝置出發， 經過傳感光纖去溫度干擾裝置，最后再返回傳感光纖聲發射解調裝置，傳感光纖去溫度干 擾裝置中的傳感光纖的首尾需要跟傳感光纖聲發射解調裝置連接；所述傳感光纖去溫度干擾裝置包括真空腔模塊、復合材料平槽模塊和端口固纖模塊， 真空腔模塊與復合材料平槽模塊連接，端口固纖模塊與真空腔模塊通過四角塞體相連接， 傳感光纖依次穿過復合材料平槽模塊、真空腔模塊和端口固纖模塊，所述真空腔模塊、復合 材料平槽模塊和端口固纖模塊均固定在安裝管內，安裝管位于去溫底臺上;所述復合材料 平槽模塊包括特種復合材料制成的圓柱體，圓柱體中心設有傳感光纖穿過的通孔，在圓柱 體頂部設有壓蓋，壓蓋中心設有對凹形注膠槽;所述真空腔模塊包含真空腔和彈性緊固外 環，所述真空腔的一端與蓋板連接，蓋板通過膠水固定在安裝管內，另一端與彈性緊固外環 連接，所述彈性緊固外環中心設有圓孔，圓孔內設有硬質護纖外層，彈性緊固外環的底端設 有圓錐孔，圓錐孔內安裝有四角塞體，四角塞體延伸有圓柱凸臺，圓柱凸臺位于硬質護纖外 層內，圓柱凸臺內穿過傳感光纖，真空腔與位于安裝管外的抽真空裝置連接，傳感光纖依次 穿過蓋板、真空腔和四角塞體;所述端口固纖模塊包括左弧壓體和右弧壓體，所述左弧壓體 和右弧壓體的一端分別與彈性緊固外環的底端鉸接，左弧壓體和右弧壓體的另一端分別延 伸有凸臺，凸臺上設有連接裝置，所述左弧壓體和右弧壓體的弧形面相對設置，左弧壓體和 右弧壓體形成弧壓空腔，弧壓空腔中穿過傳感光纖；所述傳感光纖聲發射解調裝置包括若干個傳感光纖聲發射感知裝置和聲發射源，所述 傳感光纖聲發射布設裝置包含內支撐體、網孔模塊、載纖模塊和轉連模塊，所述內支撐體、 網孔模塊和載纖模塊組成圓柱狀形狀，所述內支撐體的截面為四邊內凹的四角內凹形，內 支撐體四個面為凹面，在內支撐體的四個凹面中均設有若干個網孔的網孔模塊，相鄰兩個 網孔模塊之間設有載纖模塊，載纖模塊內包含傳感光纖;所述聲發射源與傳感光纖的一端 連接，傳感光纖的另一端與接收器連接，接收器依次與光探測器、第二放大器、信號處理器、 存儲器和混凝土結構體監測與評估信息系統連接。2.根據權利要求1所述的監測結構體安全的傳感光纖聲發射集成感知系統，其特征在 于:所述抽真空裝置包含真空栗和氣閥，真空腔通過管道與氣閥連接，氣閥上安裝有真空 栗，所述管道上安裝有真空度傳感器。3.根據權利要求1所述的監測結構體安全的傳感光纖聲發射集成感知系統，其特征在 于:所述連接裝置包含框橫連軸，兩個凸臺上均設有通孔，框橫連軸穿過兩個通孔后通過松 緊控帽鎖緊。4.根據權利要求1所述的監測結構體安全的傳感光纖聲發射集成感知系統，其特征在 于:還包括激光光源，激光光源依次通過鎖模激光器、偏振分束器、非線性放大器、光譜儀、 邁克爾遜干涉儀、飛秒脈沖、邊緣濾波器、第一放大器和光分器連接，光分器與傳感光纖連接。5.根據權利要求1所述的監測結構體安全的傳感光纖聲發射集成感知系統，其特征在 于:所述網孔模塊包含載體，載體上設有沿傳感光纖軸線方向上的網孔，每一個載體上設有 三角共腔網孔、圓共腔網孔、四邊共腔網孔、五角共腔網孔中的一種，每個載體上的網孔形 狀均不同，三角共腔網孔、圓共腔網孔、四邊共腔網孔和五角共腔網孔按照逆時針順序設置。6.根據權利要求1所述的監測結構體安全的傳感光纖聲發射集成感知系統，其特征在 于:所述載纖模塊包含阻隔塊、封閉塞、雙光纖通道和半圓承纖臺，所述半圓承纖臺與載體 連接，半圓承纖臺內設有雙光纖通道，雙光纖通道內設有兩條傳感光纖，在半圓承纖臺頂部 的兩邊分別鉸接有封閉塞，兩個封閉塞通過阻隔塊鎖緊。7.根據權利要求6所述的感知結構性能劣化分布式傳感光纖聲發射調控裝置，其特征 在于:所述半圓承纖臺內設有分隔兩條傳感光纖的隔纖壁，所述隔纖壁為真空絕熱板。8.根據權利要求1所述的感知結構性能劣化分布式傳感光纖聲發射調控裝置，其特征 在于:還包含轉連模塊，所述轉連模塊包含第一底座和第二底座，第一底座通過第一套環與 折軸外延柱連接，第二底座通過第二套環與折軸外延柱連接，第一套環和第二套環上均設 有鎖緊裝置，第一底座的上端布設有第一載纖彎孔，第二底座的上端布設有第二載纖彎孔， 折軸外延柱設有內通孔，在內通孔內設有彎轉折軸，彎轉折軸的上端面設有固定栓塞。9.一種如權利要求1至8任一項所述的感知結構性能劣化分布式傳感光纖聲發射調控 裝置的運行方法，其特征在于，包括以下步驟:第一步、通過框橫連軸將兩個凸臺串聯到框橫連軸上，轉動框橫連軸上的松緊控帽，控 制松緊控帽向內轉動，使得凸臺對向運動，進而通過凸臺將傳感光纖固定到弧壓空腔中，以 形成振弦的形式；第二步、由內到外配置硬質護纖外層、彈性緊固外環，將蓋板通過膠水固定在安裝管內 形成密閉的空腔，通過注膠也將蓋板上的傳感光纖進行固定，此時該真空腔段處于外界無 溫度干擾的狀態，其獲取的應力應變數值為去溫度影響之后的數值，將其記錄為其第一次 無溫度干擾傳感光纖監測應變數值，此時該真空腔段處于外界無溫度干擾的狀態，其獲取 的應力應變數值為去溫度影響之后的數值;將真空腔段與圓柱體的傳感光纖所監測到外界 荷載所產生的應力應變數值的平均值作為最終監測結果；第三步、卸掉阻隔塊，繞著彎轉折軸打開兩側的封閉塞，沿著隔纖壁將雙光纖通道布設 到半圓承纖臺的底端，將八根傳感光纖按照兩個一組的形式布設到四個雙光纖通道中，繞 著彎轉折軸將兩側的封閉塞關閉，按壓封閉塞對接處，將阻隔塊穿過隔纖壁的上端，將兩側 的封閉塞閉合處進行固定，按照同樣方式將其他處隔纖壁上的阻隔塊進行固定，最終完成 網孔模塊和四向分布的載纖模塊的布設；第四步、按照工程的需要轉動彎轉折軸，進而帶動第一底座和第二底座的旋轉，從而使 得第一載纖彎孔和第二載纖彎孔之間形成一定的夾角，后將固定栓塞套入彎轉折軸中，并 將彎轉折軸固定，進而固定第一載纖彎孔和第二載纖彎孔之間的角度；第五步、當結構體在外界荷載作用下產生聲發射源時，聲發射源中的聲發射波將影響 到傳感光纖聲發射感知裝置中傳感光纖的飛秒脈沖光信息，這些信息會被從物理尺寸上被 二次放大與延遲，被二次放大與延遲的聲發射信息會傳遞給傳感光纖，通過接收器、光探測 器對變化的飛秒脈沖光信息進行接收并探測，后經過信號處理器和存儲器將變化的飛秒脈 沖光信息進行去噪處理和數據存儲，進而匯聚到結構體監測與評估信息系統中，繪制結構 體監測與評估信息系統中的飛秒脈沖光信息的變化時程曲線，反映聲發射源所產生的聲發 射波的變化，進而實現對結構體動態的監測。
【文檔編號】G01N29/14GK106053610SQ201610483066
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月27日
【發明人】蘇懷智, 楊孟, 顧沖時
【申請人】河海大學