集光纤和声发射传感为一体的结构健康检测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种集光纤和声发射传感为一体的结构健康检测系统，包括传感单元、信号采集单元和预警单元；传感单元由拉格光纤传感器和声发射压电传感器组成，光纤传感器和声发射传感器布设在结构表面，并将采集到的光信号和电信号传到预警单元，预警单元包括主机、无线收发芯片CC1101和报警器。利用了光纤传感的灵敏性和抗干扰性的特点，准确的检测建筑检测部件因施工，温度，地震和其他因素引发的应变，同时，利用声发射传感器对结构内部出现断裂后进行检测，以判断建筑的安全性和指导建筑的修复。本实用新型克服了传统的健康检测的单指标性和时间性限制的缺陷，可以提供全寿命的健康检测信息。
【专利说明】
集光纤和声发射传感为一体的结构健康检测系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种新型的结构健康检测技术，适用于钢结构和混凝土结构。其应用技术领域广泛，包括大跨结构的机场、桥梁、车站、厂房、会议及体育场馆等结构；同时该技术也可以用于实验室内的小型构件的试验研究等。
【背景技术】
[0002]光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化，成为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数，其在测试结构的应变方面有着极高的灵敏度，因此也被大量的应用于结构的健康检测的前期的应变监测中。
[0003]声发射(AcousticEmiss1n简称AE)又称应力波发射，是材料或零部件受力作用产生变形、断裂，或内部应力超过屈服极限而进入不可逆的塑性变形阶段，以瞬态弹性波形式释放应变能的现象。这种弹性波以声波形式存在，频率范围很宽包括数赫兹到数兆赫兹，该技术能够对结构缺陷、裂纹进行动态监测，对损伤进行定位及判定损伤的发展趋势。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术，本实用新型基于先进的光纤光栅传感和声发射传感技术提出了一种集光纤和声发射传感为一体的结构健康检测系统，该系统具有光纤传感对结构应变的高灵敏性、抗干扰性和声敏传感器对结构裂缝的有效的定位，本实用新型通过对光纤光信号和声发射电信号的有效结合，充分利用了二者对应变和定位的检测优势，克服了传统的健康检测的单指标性和时间性限制的缺陷，可以提供全程的和全面的健康检测信息。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型提出的一种集光纤和声发射传感为一体的结构健康检测系统，包括传感单元、信号采集单元和预警单元;所述传感单元由光纤传感器和声发射传感器组成，所述光纤传感器和声发射传感器布设在结构表面，并与所述信号采集单元连接;所述信号采集单元采用双通道采集系统，用于同时采集光纤传感器采集到的光信号和声发射传感器采集到的电信号，并将采集到的光信号和电信号传到所述预警单元，所述预警单元包括主机、无线收发芯片CCllOl和报警器。
[0006]所述光纤传感器为布拉格光纤传感器，所述声发射传感器为声发射压电传感器。
[0007]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0008]本实用新型将光纤传感和声发射传感集为一体，形成一种有效的结构的健康检测系统，一方面利用了光纤传感的灵敏性和抗干扰性的特点，准确的检测建筑检测部件因施工，温度，地震和其他因素引发的应变，从而控制结构裂缝出现之前的结构安全状态。另一方面，利用声敏传感器对结构内部出现断裂后进行检测，可以有效的定位裂缝，预测开裂的发展程度和趋势，从而提供准确的结构使用状态信息，以判断建筑的安全性和指导建筑的修复。本实用新型克服了传统的健康检测的单指标性和时间性限制的缺陷，可以提供全程的和全面的健康检测信息。
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型结构健康检测系统框图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本实用新型进行解释说明，并不用以限制本实用新型。
[0011]如图1所示，本实用新型一种集光纤和声发射传感为一体的结构健康检测系统，包括传感单元、信号采集单元和预警单元;所述传感单元由布拉格光纤传感器和声发射压电传感器组成;所述信号采集单元采用双通道采集系统，用于同时采集光纤传感器采集到的光信号和声发射传感器采集到的电信号，并将采集到的光信号和电信号传到预警单元;所述预警单元包括主机、无线收发芯片CCllOl和报警器，主机可以是台式机或者笔记本。本实用新型中各单元的工作原理如下:
[0012]传感单元由光纤传感器和声发射传感器联合组成，二者由预警单元控制协同工作。检测工作开始时光纤传感器首先开启，主要针对检测结构的前期进行变形检测，当检测到的变形超过所设的阈值时，光纤传感器退出工作并立刻激发启动声发射传感器进入工作，从而进行后期开裂破坏等阶段的检测，直到检测结束;传感单元通过数据线连接到采集单元。信号采集单元为双通道采集系统可同时采集光纤传感的光信号和声发射采集到的电信号，并将采集到的信号传到预警单元。
[0013]本实用新型的工作过程是:当检测开始后，信号采集单元将采集到的信号传输到该预警单元，该预警单元收到信号后首先对其进行滤波分析，从而减少噪音信号的影响，光纤传感器检测的光信号反应为结构的应变，声发射传感器检测电信号反应为结构的事件发生率，如果接收的信号正常，则信号采集单元继续工作，如果超过阈值，预警单元报警，并停止检测工作。需要说明的是:上述工作过程中涉及到的将光纤传感器检测的光信号反应为结构的应变、将声发射传感器检测电信号反应为结构的事件发生率、及不同结构的预警应变阈值和预警事件发生率阈值的设定均属于本技术领域公知常识。
[0014]尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。
【主权项】
1.一种集光纤和声发射传感为一体的结构健康检测系统，包括传感单元、信号采集单元和预警单元;其特征在于: 所述传感单元由光纤传感器和声发射传感器组成，所述光纤传感器和声发射传感器布设在结构表面，并与所述信号采集单元连接;所述信号采集单元采用双通道采集系统，用于同时采集光纤传感器采集到的光信号和声发射传感器采集到的电信号，并将采集到的光信号和电信号传到所述预警单元，所述预警单元包括主机、无线收发芯片CCllOl和报警器。2.根据权利要求1所述一种集光纤和声发射传感为一体的结构健康检测系统，其特征在于，所述光纤传感器为布拉格光纤传感器，所述声发射传感器为声发射压电传感器。
【文档编号】G01N21/17GK205449784SQ201521104159
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月24日
【发明人】徐杰, 韩庆华
【申请人】天津大学