基于分布式光纤传感的结构质量检测方法及检测装置

本发明属于岩土工程检测和基于分布式光纤传感检测。

背景技术：

1、桩基是用来承载传递构筑物上部荷载的一种结构，目前最常见的是混凝土桩。桩基在各类建筑工程中得到广泛应用，无论是民用建筑、海洋工程还是桥梁结构等特殊建筑都需要使用桩基来提高建筑结构的稳定性。桩基的质量直接影响工程的整体质量，因此科学检测桩基质量显得尤为重要。桩基检测应根据具体桩基的特点，对桩的长度、完整性、稳定性、承载力等关键指标选择合理的检测方法进行检测，以判断是否符合设计要求。

2、传统的桩基质量检测方法主要包括低应变反射波法、高应变法、超声波检测法。传统的桩基质量检测方法虽然目前的技术较为成熟，拥有的经验较为丰富，但仍存在一些问题，如低应变反射波法有探测深度不足等缺点，高应变法有无法检测桩基内侧缺陷和精度易受环境影响等缺点，超声波检测法有对大直径桩基检测效果差和声测管布设及保护较为繁琐等缺点。

3、本发明采用的是一种基于分布式光纤传感系统和低应变反射波法相结合的桩基质量检测方法，选用的分布式光纤传感系统是基于相位敏感光时域反射仪(phasesensitive optical time domain reflectometer，)的分布式光纤传感系统，该系统对振动信号的相位信息特别敏感，能够通过相位解调来获得光纤的应变分布，从而使该系统成为目前分布式光纤传感系统的研究热点。

4、基于的分布式光纤传感系统因具有高灵敏度、抗电磁干扰和长距离连续探测等优点，目前已经被广泛用于周界安防、地震波检测和海洋监测等领域。基于的分布式光纤传感系统是通过相位的变化探测应变、温度等物理量，但是如何通过系统探测到的物理量分析判断桩基质量目前并未有成熟的方案，导致基于的分布式光纤传感系统在相关领域的应用仍在探索和发展阶段。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种基于的分布式光纤传感系统的桩基质量检测方法及检测装置。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

3、本发明首先提供一种基于分布式光纤传感的结构质量检测方法，包括：

4、在被检测的结构上施加激振；

5、通过预埋在结构内的分布式传感光纤，得到激振下分布式传感光纤每个探测点的后向散射光相位变化；

6、根据分布式传感光纤每个探测点的后向散射光相位变化，得到分布式传感光纤每个探测点的振动速度；

7、分析得到分布式传感光纤每个探测点的振动速度，得出桩身的质量情况。

8、根据分布式传感光纤每个探测点的后向散射光相位变化，得到的分布式传感光纤每个探测点的振动速度为：

9、

10、其中，v为探测点振动速度；为外界振动导致后向散射光相位的变化量；λ为后向散射光的波长；c为应力波波速；n为纤芯有效折射率；cε为弹光折射率系数；l为接收到外界振动的光纤的长度。

11、分析得到分布式传感光纤每个探测点的振动速度，得出桩身的质量情况的方法是：

12、通过分析探测点振动速度的衰减规律来判断桩身的质量情况；振动速度的衰减服从指数规律：

13、v＝v0eax

14、式中，v为探测点振动速度，v0为初始振动速度，a为衰减系数，x为振动速度到达探测点的传播距离。

15、本发明还提供一种基于分布式光纤传感的结构质量检测装置，包括：

16、激振源，用于在被检测的结构上施加激振；

17、分布式传感光纤系统，包括位于结构内的分布式光纤；分布式光纤传感系统向分布式光纤中发送激光脉冲，探测激光脉冲在分布式光纤中的后向散射光信号；

18、信号处理模块，根据所述分布式传感光纤系统探测的分布式光纤中的后向散射光信号得到激振导致后向散射光相位变化；根据激振导致后向散射光相位变化得到结构质点的振动速度；

19、质量判断模块，根据所述信号处理模块得到的结构质点的振动速度，得出桩身的质量情况。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、(1)通过解析相位得到桩身质点振动速度，通过分析桩身质点振动速度的衰减规律来判断桩身的质量情况。提供了一套基于的分布式光纤传感系统的桩基质量检测方案，为桩基质量检测提供了新的方向。

22、(2)当桩身出现缩颈、扩颈、离析、空洞、夹泥、断裂等缺陷时，基于的分布式光纤传感系统的桩基质量检测方案可以通过对桩身质点振动速度的分析得出桩身出现缺陷的位置及大致情况，弥补了传统基于分布式光纤传感系统的桩基质量检测方案对缺陷判断不足的缺点。

23、(3)实现了分布式检测，由光纤的一端就可以准确地得到光纤沿线任一点的信息，能克服传统点式检测漏检的弊端，提高检测效率，还解决了传统低应变反射波法探测深度不足的问题。

24、(4)传感光纤既能用来传输信号又能作为传感单元，可以实现长距离、全方位检测，能够满足大尺寸桩基的检测要求。

25、(5)分布式光纤检测技术作为新型的传感检测技术，它的施工工艺简单，能够与钢筋混凝土协调变形，能够避免电磁干扰，且成活率高。

26、(6)由于传感光纤的封装是基于普通的单模光纤，因此传感器的成本相对较低。此外，预埋传感光纤的成活率较高，这进一步降低了检测费用。随着技术的不断发展，分布式光纤传感系统的研发和制造费用也越来越低，因此基于分布式光纤传感系统的桩基质量检测技术具备全面推广的潜力。

27、(7)在检测完成后还可通过网络将与计算机终端连接在一起，结合其他振动信号分析桩基质量情况，实现远程监测，同时结合计算机软件可以开发出远程实时监测系统，为最终实现监测自动化提供条件。

技术特征：

1.基于分布式光纤传感的结构质量检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的结构质量检测方法，其特征在于，根据分布式传感光纤每个探测点的后向散射光相位变化，得到的分布式传感光纤每个探测点的振动速度为：

3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的结构质量检测方法，其特征在于，分析得到分布式传感光纤每个探测点的振动速度，得出桩身的质量情况的方法是：

4.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的结构质量检测方法，其特征在于，通过预埋在结构内的分布式传感光纤，得到的激振下分布式传感光纤每个探测点的后向散射光相位变化为：

5.根据权利要求1-4任一所述的基于分布式光纤传感的结构质量检测方法，其特征在于，所述结构为混凝土桩；传感光纤预埋在混凝土桩内。

6.根据权利要求5所述的基于分布式光纤传感的结构质量检测方法，其特征在于，传感光纤采用“u”型布线的方式绑扎在钢筋笼的两根对称的主筋上。

7.基于分布式光纤传感的结构质量检测装置，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的基于分布式光纤传感的结构质量检测装置，其特征在于，

9.根据权利要求7所述的基于分布式光纤传感的结构质量检测装置，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种基于分布式光纤传感的结构质量检测方法及检测装置，检测方法包括：在被检测的结构上施加激振；通过预埋在结构内的分布式传感光纤，得到激振下分布式传感光纤每个探测点的后向散射光相位变化；根据分布式传感光纤每个探测点的后向散射光相位变化，得到分布式传感光纤每个探测点的振动速度；分析得到分布式传感光纤每个探测点的振动速度，得出桩身的质量情况。本发明通过解析相位得到桩身质点振动速度，通过分析桩身质点振动速度的衰减规律来判断桩身的质量情况，为桩基质量检测提供了新的方向。

技术研发人员：张晋源,孙安,吴智深
受保护的技术使用者：西北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16