监测结构体安全的传感光纤声发射集成感知系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种监测结构体安全的传感光纤声发射集成感知系统及方法，该系统包括传感光纤去温度干扰装置和传感光纤声发射解调装置，传感光纤依次穿过传感光纤去温度干扰装置和传感光纤声发射解调装置。本发明的感知结构性能劣化分布式传感光纤声发射调控装置，集成了多复杂装置多功能模块多互联组件的传感光纤声发射感知系统，首创提出融合飞秒脉冲技术、声发射技术和多级物理尺度下多声发射波共腔孔多级时间延迟与多声波振动频率下的传感光纤声发射集成感知系统及方法，实现了多层级高精度辨识的监测与探测融合的新型技术，可以实现流程化、自动化应用，在降低监测成本、提高监测精度及提升工程实用化能力等方面具有较大优势。
【专利说明】
监测结构体安全的传感光纤声发射集成感知系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及感知结构性能劣化分布式传感光纤声发射调控装置及方法，属于水工程结构安全监测与探测领域。【背景技术】
[0002]光纤传感技术以光波为传感信号，以光纤为传输载体，感知和探测外界被测信号， 在传感方式、传感原理以及信号的探测与处理等方面都具有传统电学传感器所没有的优势，与传统的传感元件相比，光纤传感技术具有抗电磁干扰、抗化学腐蚀、抗辐射性能好、且本身不带电、体积小、质量轻、容易弯曲等优势，1977年美国海军研究所(NRL)开始执行由 Charles M.Davis博士主持的Foss计划(光纤传感器系统)，从此光纤传感器开始问世，随后的0TDR、B0TDA、FBG等技术被不断地提出，光纤传感技术越来越被重视与利用，但是由于其空间分辨过低、大传输距离时光损过高等因素，严重阻碍着光纤传感技术向着小型化、远程化、分布式、高精度的发展；
[0003]当应力、温度、腐蚀、荷载等外界因素对混凝土结构体进行干扰时，材料内部会产生断裂或者变形等情况，此时结构体会释放出弹性能，也是就声发射，声发射技术本质上讲，就是采用一些声发射传感器来感知与采集这些声发射信号，通过存储与辨析这些声发射信号来推断结构体内可能存在的损伤与破坏，最终对混凝土结构体的服役性态给出判断，声发射技术具有动态性、敏感性、整体性等优点，但是仍然存在较多缺陷，比如信号传输距离短、监测内容少、抗电磁干扰能力差等缺点，严重的阻碍着其发展；
[0004]传统的压电陶瓷声发射检测法，其技术成熟、操作简单，但是弊端也较多，比如系统较为庞大、线缆过多、抗电测干扰能力差，为此，产生了一种新型的光纤布拉格光栅型声发射检测系统，其灵敏度高、抗电磁干扰能力强，但是该种方法也存在较为严重的问题，其仍旧属于当前较为传统的点式监测，已经远远不能满足当前大结构体、广监测范围、远距离传输等问题，因此需要研制一种新型的分布式传感光纤型的声发射监测探测系统。
【发明内容】
[0005]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种感知结构性能劣化分布式传感光纤声发射调控装置及方法，融合传感光纤去温度干扰装置、传感光纤声发射感知装置、传感光纤声发射解调装置，集成了多复杂装置多功能模块多互联组件的传感光纤声发射感知系统，实现了多层级高精度辨识的监测与探测融合的新型技术，可实现结构体内微小结构损伤的高精度探测与监测。
[0006]技术方案:为解决上述技术问题，本发明的一种监测结构体安全的传感光纤声发射集成感知系统，其特征在于:包括传感光纤去温度干扰装置和传感光纤声发射解调装置， 传感光纤依次穿过传感光纤去温度干扰装置和传感光纤声发射解调装置；
[0007]所述传感光纤去温度干扰装置包括真空腔模块、复合材料平槽模块和端口固纤模块，真空腔模块与复合材料平槽模块连接，端口固纤模块与真空腔模块通过四角塞体相连接，传感光纤依次穿过复合材料平槽模块、真空腔模块和端口固纤模块，所述真空腔模块、 复合材料平槽模块和端口固纤模块均固定在安装管内，安装管位于去温底台上;所述复合材料平槽模块包括特种复合材料制成的圆柱体，圆柱体中心设有传感光纤穿过的通孔，在圆柱体顶部设有压盖，压盖中心设有对凹形注胶槽;所述真空腔模块包含真空腔和弹性紧固外环，所述真空腔的一端与盖板连接，盖板通过胶水固定在安装管内，另一端与弹性紧固外环连接，所述弹性紧固外环中心设有圆孔，圆孔内设有硬质护纤外层，弹性紧固外环的底端设有圆锥孔，圆锥孔内安装有四角塞体，四角塞体延伸有圆柱凸台，圆柱凸台位于硬质护纤外层内，圆柱凸台内穿过传感光纤，真空腔与位于安装管外的抽真空装置连接，传感光纤依次穿过盖板、真空腔和四角塞体;所述端口固纤模块包括左弧压体和右弧压体，所述左弧压体和右弧压体的一端分别与弹性紧固外环的底端铰接，左弧压体和右弧压体的另一端分别延伸有凸台，凸台上设有连接装置，所述左弧压体和右弧压体的弧形面相对设置，左弧压体和右弧压体形成弧压空腔，弧压空腔中穿过传感光纤；
[0008]所述传感光纤声发射解调装置包括若干个传感光纤声发射感知装置和声发射源， 所述传感光纤声发射布设装置包含内支撑体、网孔模块、载纤模块和转连模块，所述内支撑体、网孔模块和载纤模块组成圆柱状形状，所述内支撑体的截面为四边内凹的四角内凹形， 内支撑体四个面为凹面，在内支撑体的四个凹面中均设有若干个网孔的网孔模块，相邻两个网孔模块之间设有载纤模块，载纤模块内包含传感光纤;所述声发射源与传感光纤的一端连接，传感光纤的另一端与接收器连接，接收器依次与光探测器、第二放大器、信号处理器、存储器和混凝土结构体监测与评估信息系统连接。
[0009]作为优选，所述抽真空装置包含真空栗和气阀，真空腔通过管道与气阀连接，气阀上安装有真空栗，所述管道上安装有真空度传感器。
[0010]作为优选，所述连接装置包含框横连轴，两个凸台上均设有通孔，框横连轴穿过两个通孔后通过松紧控帽锁紧。
[0011]作为优选，还包括激光光源，激光光源依次通过锁模激光器、偏振分束器、非线性放大器、光谱仪、迈克尔逊干涉仪、飞秒脉冲、边缘滤波器、第一放大器和光分器连接，光分器与传感光纤连接。
[0012]作为优选，所述网孔模块包含载体，载体上设有沿传感光纤轴线方向上的网孔，每一个载体上设有三角共腔网孔、圆共腔网孔、四边共腔网孔、五角共腔网孔中的一种，每个载体上的网孔形状均不同，三角共腔网孔、圆共腔网孔、四边共腔网孔和五角共腔网孔按照逆时针顺序设置。
[0013]作为优选，所述载纤模块包含阻隔块、封闭塞、双光纤通道和半圆承纤台，所述半圆承纤台与载体连接，半圆承纤台内设有双光纤通道，双光纤通道内设有两条传感光纤，在半圆承纤台顶部的两边分别铰接有封闭塞，两个封闭塞通过阻隔块锁紧。
[0014]作为优选，所述半圆承纤台内设有分隔两条传感光纤的隔纤壁，所述隔纤壁为真空绝热板。
[0015]作为优选，还包含转连模块，所述转连模块包含第一底座和第二底座，第一底座通过第一套环与折轴外延柱连接，第二底座通过第二套环与折轴外延柱连接，第一套环和第二套环上均设有锁紧装置，第一底座的上端布设有第一载纤弯孔，第二底座的上端布设有第二载纤弯孔，折轴外延柱设有内通孔，在内通孔内设有弯转折轴，弯转折轴的上端面设有固定栓塞。
[0016]—种上述的感知结构性能劣化分布式传感光纤声发射调控装置的运行方法，包括以下步骤:
[0017]第一步、通过框横连轴将两个凸台串联到框横连轴上，转动框横连轴上的松紧控帽，控制松紧控帽向内转动，使得凸台对向运动，进而通过凸台将传感光纤固定到弧压空腔中，以形成振弦的形式；
[0018]第二步、由内到外配置硬质护纤外层、弹性紧固外环，将盖板通过胶水固定在安装管内形成密闭的空腔，通过注胶也将盖板上的传感光纤进行固定，此时该真空腔段处于外界无温度干扰的状态，其获取的应力应变数值为去温度影响之后的数值，将其记录为其第一次无温度干扰传感光纤监测应变数值，此时该真空腔段处于外界无温度干扰的状态，其获取的应力应变数值为去温度影响之后的数值;将真空腔段与圆柱体的传感光纤所监测到外界荷载所产生的应力应变数值的平均值作为最终监测结果；
[0019]第三步、卸掉阻隔块，绕着弯转折轴打开两侧的封闭塞，沿着隔纤壁将双光纤通道布设到半圆承纤台的底端，将八根传感光纤按照两个一组的形式布设到四个双光纤通道中，绕着弯转折轴将两侧的封闭塞关闭，按压封闭塞对接处，将阻隔块穿过隔纤壁的上端， 将两侧的封闭塞闭合处进行固定，按照同样方式将其他处隔纤壁上的阻隔块进行固定，最终完成网孔模块和四向载纤模块的布设；
[0020]第四步、按照工程的需要转动弯转折轴，进而带动第一底座和第二底座的旋转，从而使得第一载纤弯孔和第二载纤弯孔之间形成一定的夹角，后将固定栓塞套入弯转折轴中，并将弯转折轴固定，进而固定第一载纤弯孔和第二载纤弯孔之间的角度；
[0021]第五步、当结构体在外界荷载作用下产生声发射源时，声发射源中的声发射波将影响到传感光纤声发射感知装置中传感光纤的飞秒脉冲光信息，这些信息会被从物理尺寸上被二次放大与延迟，被二次放大与延迟的声发射信息会传递给传感光纤，通过接收器、光探测器对变化的飞秒脉冲光信息进行接收并探测，后经过信号处理器和存储器将变化的飞秒脉冲光信息进行去噪处理和数据存储，进而汇聚到结构体监测与评估信息系统中，绘制结构体监测与评估信息系统中的飞秒脉冲光信息的变化时程曲线，反映声发射源所产生的声发射波的变化，进而实现对结构体动态的监测。
[0022]有益效果:本发明的感知结构性能劣化分布式传感光纤声发射调控装置，从机理及实际工程应用层面，突破传统意义上的简单技术单纯性地叠加，集成了多复杂装置多功能模块多互联组件的传感光纤声发射感知系统，首创提出融合飞秒脉冲技术、声发射技术和多级物理尺度下多声发射波共腔孔多级时间延迟与多声波振动频率下的传感光纤声发射集成感知系统及方法，实现了多层级高精度辨识的监测与探测融合的新型技术，可完成全程分布式监测、高空间分辨率空间定位和高精度定量辨识，其具有灵活性强、操作简单、 使用便捷等优势，可以实现流程化、自动化应用，在降低监测成本、提高监测精度及提升工程实用化能力等方面具有较大优势。【附图说明】[〇〇23]图1为本发明的结构图。
[0024]图2为图1中传感光纤去温度干扰装置的结构示意图。
[0025]图3为图2的主视图。
[0026]图4为图1中传感光纤声发射感知装置的结构示意图。[〇〇27]图5为转连模块的结构示意图。
[0028]图6为图1中传感光纤声发射解调装置的结构示意图。【具体实施方式】
[0029]如图1至图6所示，本发明的监测结构体安全的传感光纤声发射集成感知系统，包括传感光纤去温度干扰装置和传感光纤声发射解调装置，传感光纤依次穿过传感光纤去温度干扰装置和传感光纤声发射解调装置。
[0030]所述传感光纤去温度干扰装置包括真空腔模块、复合材料平槽模块、端口固纤模块，真空腔模块与复合材料平槽模块通过边长为2cm的盖板217连接，端口固纤模块与真空腔模块通过各顶点间长度2cm的四角塞体相连接，复合材料平槽模块通过长度为30cm、高度为5cm、宽度20cm的去温底台与端口固纤模块相连接，相邻的两个去温度干扰的传感光纤监测装置通过长度30cm、宽度4cm的左连接卡槽221、长度30cm、宽度4cm的右连接卡槽210和高度为6cm、直径为lcm的卡槽固定栓222进行连接。[〇〇31]真空腔模块中从内到外依次覆盖在GJJV型号紧套传感光纤外面的分别为TPU型硬质护纤外层209、直径5cm的TPEE型的弹性紧固外环212, ITU型硬质护纤外层209主要是将 GJJV型号紧套传感光纤有效地固定在长度10cm、直径5cm的真空腔模块中，TPEE型弹性紧固外环212的作用主要是保护硬质护纤外层209，TPEE型的弹性紧固外环212与盖板217形成一个空腔结构，即为长度l〇cm、直径5cm的真空腔216。真空腔216与安装管外的抽真空装置连接，抽真空装置包含真空栗215和气阀214,真空腔216通过管道与气阀214连接，气阀上安装有真空栗215,所述管道上安装有真空度传感器。通过真空传感器检测真空腔216内的真空度，当真空腔216内的真空度达到要求时，真空栗215停止工作，关闭气阀。
[0032]复合材料平槽模块中特种复合材料制成的圆柱体219的材质取为特种性能树脂基复合材料，在特种性能树脂基复合材料材质的圆柱体219的末端布设有圆弧形的对凹形注胶槽220,在本实例中，安装管中内嵌有特种性能树脂基复合材料的特种复合材料219,且规定特种性能树脂基复合材料的热膨胀系数与特种性能树脂基复合材料中GJJV型号紧套传感光纤的热膨胀系数之差与该对应段GJJV型号紧套传感光纤应变值的乘积等于该对应段 GJJV型号紧套传感光纤的温度系数。[〇〇33]端口固纤模块中左弧压体204和右弧压体205均为硬质材料的结构体，其弧度为V 3，左弧压体204和右弧压体205为中间凸起而两端下凹的结构，两个凸台为左弧压尖柄200 和右弧压尖柄201，左弧压尖柄200和右弧压尖柄201为长度为2cm、宽度为lcm的长方体，且框横连轴203为直径2cm、长度为8cm的圆柱形结构形式，松紧控帽202的内径为2cm、外径为 2.5cm，内径2cm、外径2.5cm的松紧控帽202可以控制直径2cm、长度8cm的框横连轴203上左弧压尖柄200和右弧压尖柄201的运动，进而，通过左弧压体204和右弧压体205的凸起结构将GJJV型号紧套传感光纤206固定在弧压空腔中。
[0034]所述传感光纤声发射解调装置包括若干个传感光纤声发射感知装置和声发射源， 传感光纤声发射布设模块包括了四个传感光纤声发射布设装置，每个传感光纤声发射布设装置中均布设有八根GJJV型号紧套传感光纤，在水荷载作用下高混凝土坝坝踵内部会产生不同程度的裂缝，但是从表观并不能发现，因此需要探测可能出现内部的微观的裂缝，声发射模块中声发射源336将声发射波传递给传感光纤声发射布设模块中的GJJV型号紧套传感光纤，GJJV型号紧套传感光纤与声发射模块中接收器334的输入端相连接，后依次经过光探测器333、第二放大器332、信号处理器331和存储器330,最后与混凝土结构体监测与评估信息系统329相连接。
[0035]本实施例中，每个传感光纤声发射布设装置包括网孔模块、四个载纤模块、转连模块，网孔模块与载纤模块通过圆弧形结构的弯转折轴402相连接，在弯转处布设有转连模块，用于弯曲与固定GJJV型号紧套传感光纤所在的网孔模块和载纤模块。[〇〇36]本实施例中，截面为等边三角形、边长为2cm的三角共腔网孔407共有16个，且排成四排的形式，位于内撑住体的右上半圆内，截面为圆形、直径为3cm的圆共腔网孔403共有三排，是由等圆截面的12个空腔组成，位于内撑住体的左上半圆内，截面为等边四边形、边长为2.5cm的四边共腔网孔404共有4排，是由等边四角形截面的12个空腔组成，位于内撑住体的左下半圆内，截面为等边五边形、边长为1.5cm的五角共腔网孔408是由3排等边五角形截面的12个空腔组成，位于内撑住体的右下半圆内。截面为等边三角形、边长为2cm的三角共腔网孔407、截面为圆形、直径为3cm的圆共腔网孔403、截面为等边四边形、边长为2.5cm的四边共腔网孔404、截面为等边五边形、边长为1.5cm的五角共腔网孔408按照逆时针的顺序依次与四角内凹形的内撑住体409相连接。[〇〇37] 本实施例中，三角共腔网孔407、圆共腔网孔403、四边共腔网孔404、五角共腔网孔 408位于四个大小和形状相同的载体上。12个圆共腔网孔403、16个三角共腔网孔407、12个四边共腔网孔404、12个五角共腔网孔408,由于相互之间的网孔截面形状及排列形式都各不相同，在感知声发射波时，圆共腔网孔403、三角共腔网孔407、四边共腔网孔404和五角共腔网孔408将分别产生不同的时间延迟与声波共振频率。
[0038]本实施例中，包含四个相同的载纤模块组件组成，且四个组件相邻之间的夹角为 90°，每一个组件中圆弧截面形式的封闭塞401对称分布在长度为8cm的隔纤壁435的两侧， 直径为5cm的双光纤通道405中间位置为长度为8cm的隔纤壁435，隔纤壁435为VIP板，直径为5cm的双光纤通道405外周为直径为12cm的半圆承纤台406,圆弧截面形式的弯转折轴402 位于圆弧截面形式的封闭塞401的两侧，圆弧截面形式的封闭塞401位于直径为12cm的半圆承纤台406的上端，将封闭塞401绕着弯转折轴402转动，可将直径为5cm的双光纤通道405压制到直径为12cm的半圆承纤台406中，在对称分布于长度为8cm的隔纤壁435两侧的圆弧截面形式的封闭塞401闭合后，将长度2cm、宽度lcm的阻隔块400扣至于长度为8cm的隔纤壁 435的外端，以将封闭塞401闭合处进行固定。阻隔块400可以为类似螺钉的结构，将两个封闭塞锁紧。[〇〇39] 本实施例中，高度50cm、宽度5cm的折轴外延柱410位于底端宽度30cm的第一底座 412和底端宽度30cm的第二底座411的中间位置，第一底座412通过第一套环417与折轴外延柱410连接，第二底座411通过第二套环418与折轴外延柱410连接，第一套环417和第二套环 418上均设有锁紧装置，第一底座412的上端布设有直径30cm的第一载纤弯孔413,底端宽度 30cm的第一底座412上直径30cm的第一载纤弯孔413用于放置网孔模块和载纤模块构成组件的一端，底端宽度30cm的第二底座411的上端布设有直径30cm的第二载纤弯孔414,第二底座411上的第二载纤弯孔414用于放置网孔模块和载纤模块构成组件的另一端，直径3cm、高度60cm的弯转折轴415的外缘与高度50cm、宽度5cm的折轴外延柱410的内缘相连接，弯转折轴415位于折轴外延柱410的中间位置，通过折轴外延柱410将直径30cm的第一载纤弯孔 413和直径30cm的第二载纤弯孔414与直径3cm、高度60cm的弯转折轴415相连接，通过转动折轴外延柱410,第一载纤弯孔413和第二载纤弯孔414之间将形成一定的角度，通过锁紧装置将第一套环417和第二套环418锁紧在折轴外延柱410上，而直径3.8cm、高度1.5cm的固定栓塞416位于直径3cm、高度60cm的弯转折轴415的上端面处，弯转折轴415超出折轴外延柱 410的部分具有螺纹，将直径3.8cm、高度1.5cm的固定栓塞416旋入到弯转折轴415的上端后，可以将直径30cm的第一载纤弯孔413和直径30cm的第二载纤弯孔414之间以任意角度进行固定。
[0040]本实施例中，激光光源319可以发出激光脉冲，且激光光源319的输出端与锁模激光器320的输入端相连接，利用锁模技术可以产生激光超短脉冲，将激光脉冲的宽度缩短到飞秒量级，产生高的脉冲宽度和功率值，锁模激光器320的输出端与偏振分束器321的输入端相连接，偏振分束器321的输出端与非线性放大器322的输入端相连接，非线性放大器322 的输出端与光谱仪323的输入端连接，利用光谱仪323,通过光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长位置强度的装置，光谱仪323的输出端与迈克尔逊干涉仪324的输入端连接，迈克尔逊干涉仪324输出的飞秒脉冲经过边缘滤波器326的输入端后进入第一放大器327的输入端，第一放大器327的输出端与光分器328的输入端连接，光分器328的输出端与四个传感光纤声发射布设装置335中的传感光纤的输入端相连接。[〇〇41]本实施例中，水位高度为l〇〇m时，100m水头压力作用下高混凝土坝坝踵内部会产生了不同程度的长短不同的裂缝，此时，长短不同的裂缝会激励产生声发射源336,布设在混凝土结构体内部四个传感光纤声发射布设装置中的GJJV型号紧套传感光纤的光信息会产生随着生声发生源336产生的声发射波而不断地变化，传感光纤的光信号输出端与接收器334的输入端相连接，接收器334的输出端与光探测器333的输入端连接，光探测器333的输出端与第二放大器332的输入端连接，第二放大器332的输出端与信号处理器331的输入端相连接，信号处理器331的输出端与存储器330的输入端相连接，通过存储器330将不断随着声发射波变化而变化的传感光纤上的光信息进行实时存储，且不断地输出到混凝土结构体监测与评估信息系统329中。
[0042]在本发明中，传感光纤声发射解调装置中的8根传感光纤都要经过传感光纤温敏补偿装置，但是不是一次性都连接到传感光纤声发射解调装置上，只需要一根测完了，换成另一根再连接到传感光纤声发射解调装置上解调就可。
[0043]—种如上述的监测结构体安全的传感光纤声发射集成感知系统的运行方法，包括以下步骤:
[0044](1)确定待测区域、装配各装置及模块[〇〇45] 本水工混凝土坝表面待监测的区域为100m X 100m的平面区域，计划使用8根500m 长的传感光纤，且基于当时结构体以前的监测情况以及施工状态，依据传感光纤去温度干扰装置、传感光纤声发射解调装置的顺序依次进行配置；[〇〇46](2)封装传感光纤、进行初始布设[〇〇47]将截面为等边三角形、边长为2cm的16个三角共腔网孔407、截面为圆形、直径为 3cm的12个圆共腔网孔403、截面为等边四边形、边长为2.5cm的12个四边共腔网孔404、截面为等边五边形、边长为1.5cm的12个五角共腔网孔408按照逆时针的顺序依次与四角内凹形的内撑住体409相连接;将8根500m长的GJJV型号紧套传感光纤依次布设到直径为5cm的双光纤通道405中，后转动弯转折轴402将两侧的封闭塞401关闭，将阻隔块400穿过隔纤壁435 的上端，将两侧的封闭塞401闭合处进行固定，将配置好的网孔模块和四向分布的载纤模块放置到转连模块中进行初始布设；[〇〇48](3)调试各模块、获取初步监测能力[〇〇49] 转动直径2cm、长度8cm的框横连轴203将长度为2cm、宽度为lcm的左弧压尖柄200 和长度为2cm、宽度为lcm的右弧压尖柄201串联到直径2cm、长度8cm的框横连轴203上，转动框横连轴203上的内径2cm、外径2.5cm的松紧控帽202，控制松紧控帽202向内转动，通过弧度为Ji/3的左弧压体204和弧度为jt/3的右弧压体205中间凸起的部位将GJJV型号紧套传感光纤固定到弧压空腔207中；确定11处直径30cm的第一载纤弯孔413和直径30cm的第二载纤弯孔414之间的角度全部为60°，固定第一载纤弯孔413和第二载纤弯孔414之间的角度；
[0050](4)运行调试、获取初始数值
[0051]通过真空栗215将真空腔216抽真空，形成密闭的空腔，此时该真空腔段GJJV型号紧套传感光纤处于外界无温度干扰的状态，将其记录为其第一次无温度干扰传感光纤监测应变数值;在圆弧形的对凹形注胶槽220中注入快凝胶水，使得真空腔216为全真空或者准真空状态，且通过该处的GJJV型号紧套传感光纤也被固定，此时该圆柱体的GJJV型号紧套传感光纤所获取的外界荷载所产生的应变数值为去温度影响之后的数值，将其记录为其第二次无温度干扰传感光纤监测应变数值，真空腔216段与圆柱体段的GJJV型号紧套传感光纤所监测到外界荷载所产生的应变数值平均值的结果符合正态分布的规律，将处于最大概率所对应的数值，作为最终监测结果；[〇〇52](5)打开各部件、实时监测与分析[〇〇53]水工混凝土坝某处出现了损伤，会产生声发射信号，通过五角共腔网孔408、三角共腔网孔407、圆共腔网孔403和四边共腔网孔404进行传播的声发射信号会按照不同的时间与频率传导到传感光纤声发射感知装置中的GJJV型号紧套传感光纤中，GJJV型号紧套传感光纤中的变化光信息会通过接收器334、光探测器333、存储器330,将变化的光信息汇集到结构体监测与评估信息系统329中，评估结构体损伤的程度及位置，实现动态监测与分析。[〇〇54]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种监测结构体安全的传感光纤声发射集成感知系统，其特征在于:包括传感光纤 去温度干扰装置和传感光纤声发射解调装置，传感光纤从传感光纤声发射解调装置出发， 经过传感光纤去温度干扰装置，最后再返回传感光纤声发射解调装置，传感光纤去温度干 扰装置中的传感光纤的首尾需要跟传感光纤声发射解调装置连接；所述传感光纤去温度干扰装置包括真空腔模块、复合材料平槽模块和端口固纤模块， 真空腔模块与复合材料平槽模块连接，端口固纤模块与真空腔模块通过四角塞体相连接， 传感光纤依次穿过复合材料平槽模块、真空腔模块和端口固纤模块，所述真空腔模块、复合 材料平槽模块和端口固纤模块均固定在安装管内，安装管位于去温底台上;所述复合材料 平槽模块包括特种复合材料制成的圆柱体，圆柱体中心设有传感光纤穿过的通孔，在圆柱 体顶部设有压盖，压盖中心设有对凹形注胶槽;所述真空腔模块包含真空腔和弹性紧固外 环，所述真空腔的一端与盖板连接，盖板通过胶水固定在安装管内，另一端与弹性紧固外环 连接，所述弹性紧固外环中心设有圆孔，圆孔内设有硬质护纤外层，弹性紧固外环的底端设 有圆锥孔，圆锥孔内安装有四角塞体，四角塞体延伸有圆柱凸台，圆柱凸台位于硬质护纤外 层内，圆柱凸台内穿过传感光纤，真空腔与位于安装管外的抽真空装置连接，传感光纤依次 穿过盖板、真空腔和四角塞体;所述端口固纤模块包括左弧压体和右弧压体，所述左弧压体 和右弧压体的一端分别与弹性紧固外环的底端铰接，左弧压体和右弧压体的另一端分别延 伸有凸台，凸台上设有连接装置，所述左弧压体和右弧压体的弧形面相对设置，左弧压体和 右弧压体形成弧压空腔，弧压空腔中穿过传感光纤；所述传感光纤声发射解调装置包括若干个传感光纤声发射感知装置和声发射源，所述 传感光纤声发射布设装置包含内支撑体、网孔模块、载纤模块和转连模块，所述内支撑体、 网孔模块和载纤模块组成圆柱状形状，所述内支撑体的截面为四边内凹的四角内凹形，内 支撑体四个面为凹面，在内支撑体的四个凹面中均设有若干个网孔的网孔模块，相邻两个 网孔模块之间设有载纤模块，载纤模块内包含传感光纤;所述声发射源与传感光纤的一端 连接，传感光纤的另一端与接收器连接，接收器依次与光探测器、第二放大器、信号处理器、 存储器和混凝土结构体监测与评估信息系统连接。2.根据权利要求1所述的监测结构体安全的传感光纤声发射集成感知系统，其特征在 于:所述抽真空装置包含真空栗和气阀，真空腔通过管道与气阀连接，气阀上安装有真空 栗，所述管道上安装有真空度传感器。3.根据权利要求1所述的监测结构体安全的传感光纤声发射集成感知系统，其特征在 于:所述连接装置包含框横连轴，两个凸台上均设有通孔，框横连轴穿过两个通孔后通过松 紧控帽锁紧。4.根据权利要求1所述的监测结构体安全的传感光纤声发射集成感知系统，其特征在 于:还包括激光光源，激光光源依次通过锁模激光器、偏振分束器、非线性放大器、光谱仪、 迈克尔逊干涉仪、飞秒脉冲、边缘滤波器、第一放大器和光分器连接，光分器与传感光纤连接。5.根据权利要求1所述的监测结构体安全的传感光纤声发射集成感知系统，其特征在 于:所述网孔模块包含载体，载体上设有沿传感光纤轴线方向上的网孔，每一个载体上设有 三角共腔网孔、圆共腔网孔、四边共腔网孔、五角共腔网孔中的一种，每个载体上的网孔形 状均不同，三角共腔网孔、圆共腔网孔、四边共腔网孔和五角共腔网孔按照逆时针顺序设置。6.根据权利要求1所述的监测结构体安全的传感光纤声发射集成感知系统，其特征在 于:所述载纤模块包含阻隔块、封闭塞、双光纤通道和半圆承纤台，所述半圆承纤台与载体 连接，半圆承纤台内设有双光纤通道，双光纤通道内设有两条传感光纤，在半圆承纤台顶部 的两边分别铰接有封闭塞，两个封闭塞通过阻隔块锁紧。7.根据权利要求6所述的感知结构性能劣化分布式传感光纤声发射调控装置，其特征 在于:所述半圆承纤台内设有分隔两条传感光纤的隔纤壁，所述隔纤壁为真空绝热板。8.根据权利要求1所述的感知结构性能劣化分布式传感光纤声发射调控装置，其特征 在于:还包含转连模块，所述转连模块包含第一底座和第二底座，第一底座通过第一套环与 折轴外延柱连接，第二底座通过第二套环与折轴外延柱连接，第一套环和第二套环上均设 有锁紧装置，第一底座的上端布设有第一载纤弯孔，第二底座的上端布设有第二载纤弯孔， 折轴外延柱设有内通孔，在内通孔内设有弯转折轴，弯转折轴的上端面设有固定栓塞。9.一种如权利要求1至8任一项所述的感知结构性能劣化分布式传感光纤声发射调控 装置的运行方法，其特征在于，包括以下步骤:第一步、通过框横连轴将两个凸台串联到框横连轴上，转动框横连轴上的松紧控帽，控 制松紧控帽向内转动，使得凸台对向运动，进而通过凸台将传感光纤固定到弧压空腔中，以 形成振弦的形式；第二步、由内到外配置硬质护纤外层、弹性紧固外环，将盖板通过胶水固定在安装管内 形成密闭的空腔，通过注胶也将盖板上的传感光纤进行固定，此时该真空腔段处于外界无 温度干扰的状态，其获取的应力应变数值为去温度影响之后的数值，将其记录为其第一次 无温度干扰传感光纤监测应变数值，此时该真空腔段处于外界无温度干扰的状态，其获取 的应力应变数值为去温度影响之后的数值;将真空腔段与圆柱体的传感光纤所监测到外界 荷载所产生的应力应变数值的平均值作为最终监测结果；第三步、卸掉阻隔块，绕着弯转折轴打开两侧的封闭塞，沿着隔纤壁将双光纤通道布设 到半圆承纤台的底端，将八根传感光纤按照两个一组的形式布设到四个双光纤通道中，绕 着弯转折轴将两侧的封闭塞关闭，按压封闭塞对接处，将阻隔块穿过隔纤壁的上端，将两侧 的封闭塞闭合处进行固定，按照同样方式将其他处隔纤壁上的阻隔块进行固定，最终完成 网孔模块和四向分布的载纤模块的布设；第四步、按照工程的需要转动弯转折轴，进而带动第一底座和第二底座的旋转，从而使 得第一载纤弯孔和第二载纤弯孔之间形成一定的夹角，后将固定栓塞套入弯转折轴中，并 将弯转折轴固定，进而固定第一载纤弯孔和第二载纤弯孔之间的角度；第五步、当结构体在外界荷载作用下产生声发射源时，声发射源中的声发射波将影响 到传感光纤声发射感知装置中传感光纤的飞秒脉冲光信息，这些信息会被从物理尺寸上被 二次放大与延迟，被二次放大与延迟的声发射信息会传递给传感光纤，通过接收器、光探测 器对变化的飞秒脉冲光信息进行接收并探测，后经过信号处理器和存储器将变化的飞秒脉 冲光信息进行去噪处理和数据存储，进而汇聚到结构体监测与评估信息系统中，绘制结构 体监测与评估信息系统中的飞秒脉冲光信息的变化时程曲线，反映声发射源所产生的声发 射波的变化，进而实现对结构体动态的监测。
【文档编号】G01N29/14GK106053610SQ201610483066
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】苏怀智, 杨孟, 顾冲时
【申请人】河海大学