本发明涉及分布式光导纤维的应变增敏技术。
背景技术：
目前，分布式光纤已在桥梁，建筑等的健康监测中有较为广泛的应用，然而，对于诸如市政铸铁管道等弹性模量较大的材料，管道内由于水压变化所引起的环向应变通常小于分布式光纤的监测灵敏度，因而分布式光纤难以对其实现有效的应变监测，这大大限制了分布式光纤在市政、石油、或天然气管道在线监测领域的推广。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有的分布式光纤难以监测微小应变的问题，提供一种分布式光纤增敏装置。
本发明所述的分布式光纤增敏装置包括金属制成的管箍1、分布式光纤2、八个金属制成的封装部件3、固定结构4和多个橡胶连接片5；
所述管箍1呈圆环状，用于固定在管道外部，管箍1内部沿圆周方向开有圆形的光纤通道，所述光纤通道用于放置分布式光纤2，在管箍1上开有三个等长的一号开口，三个一号开口将管箍1分成三段，每个一号开口处还设置有至少一个橡胶连接片5，所述橡胶连接片5用于连接一号开口的两端；
管箍1上还设置有二号开口，固定结构4设置在所述二号开口的外部，用于固定二号开口的两端；
每个一号开口和二号开口的两端均分别固定一个封装部件3，所述封装部件3用于固定分布式光纤。
本发明所述的分布式光纤增敏装置能够对光纤监测范围以外的微小应变进行数百倍至数千倍的放大，以增加光纤感受应变的灵敏度，例如对于DN2200的钢筋混凝土输水管，管道表面微应变可被放大4600倍左右，能够达到分布式光纤的最低监测灵敏度要求，从可以实现分布式光纤在市政、天然气管道、石油等管道的在线健康监测，对管道安全以及控制管道至关重要。安装该增敏装置时，只需根据计算结果在管段上选若干个待测点进行安装，从而避免了大面积开挖产生的各种费用，且该装置安装方便快捷，只需要将相应管箍夹装在待测管道外表面即可，既适合管道的临时健康监测，又适合长期监测。
附图说明
图1为实施方式一所述的分布式光纤增敏装置的剖面图，其中7表示管道内壁；
图2为实施方式一所述的分布式光纤增敏装置的安装示意图；
图3为实施方式一和五中的一号开口的结构示意图；
图4为实施方式三中的固定结构的结构示意图，其中加号和减号分别表示分布式光纤向前延伸和向后延伸；
图5为实施方式四中的固定结构的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的分布式光纤增敏装置包括金属制成的管箍1、分布式光纤2、八个金属制成的封装部件3、固定结构4和多个橡胶连接片5；
所述管箍1呈圆环状，用于固定在管道外部，管箍1内部沿圆周方向开有圆形的光纤通道，所述光纤通道用于放置分布式光纤2，在管箍1上开有三个等长的一号开口，三个一号开口将管箍1分成三段，每个一号开口处还设置有至少一个橡胶连接片5，所述橡胶连接片5用于连接一号开口的两端；
管箍1上还设置有二号开口，固定结构4设置在所述二号开口的外部，用于固定二号开口的两端；
每个一号开口和二号开口的两端均分别固定一个封装部件3，所述封装部件3用于固定分布式光纤。
将分布式光纤2缠绕在钢制管箍1内部的光纤通道中，如图1所示，将管箍1截成三部分，任意两部分之间的距离相等，即形成三个长度相等的一号开口。使光纤通道中的分布式光纤2保持充分放松，并在一号开口和二号开口处预留一定的长度。封装部件3采用常规的金属块即可。通过固定结构4将分布式光纤增敏装置紧固在管道外部，那么位于三个一号开口处的分布式光纤2则呈紧绷状态。为防止开口处的分布式光纤2在运输和安装过程中被拉断，每个一号开口处都设置有两根界面直径5mm的橡胶连接片5连接在一号开口的两端。将管箍1夹装在管道外壁上，通过调节固定结构4来调节开口的宽度，使三个一号开口处的分布式光纤2具有初始微小形变。当管道由于内部压力变化发生膨胀或收缩时，由于金属的弹性模量远大于橡胶和分布式光纤2的弹性模量，则整个管道的形变可以近似认为全部等量体现在三段光纤上，从而实现对管道表面微小应变放大的效果。
具体实施方式二：本实施方式是对实施方式一所述的分布式光纤增敏装置的进一步限定，本实施方式中，三个一号开口将管箍1分割成长度相等的三段。
三个一号开口分别位于管箍1圆周方向的三个三等分点上，使分布式光纤2被分割成长度相等的三部分，目的是为了计算方便。
设每段分布式光纤2的长度为L1，截面积A1，弹性模量E1，所受拉力N1；
封装部件3的长度为L2，截面积A2，弹性模量E2，所受拉力N2；
橡胶连接片长度L3，截面积A3，弹性模量E3，所受拉力N3；
以封装部件3、橡胶连接片5和分布式光纤2为研究对象，由力的平衡条件可知：
N2＝N1+N3 (1)
由材料力学相关公式可知：
即：
又因为E1>>E3，L1≈L3，△L1≈△L3 (5)
故N2≈N1 (6)
为避免混淆，以下均用N表示N1和N2
每段光纤形变量：
每个封装部件3的形变量：
由式(1)(2)可知分布式光纤2应变为：
封装部件3的应变为：
则：
因为E2>>E1，且A2>>A1，故可以忽略封装部件3的应变，直径为D的管道的形变可近似认为全部体现在三段分布式光纤2上：
3△L1≈△L0＝Dπε0 (12)
理论增敏倍数为
对于DN2200的输水管道，取L1＝0.5cm，则管道应变可放大4605倍。
具体实施方式三：结合图4说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的分布式光纤增敏装置的进一步限定，本实施方式中，所述固定结构4包括一号凸起4-1、二号凸起4-2、顶盖4-3和金属片，一号凸起4-1和二号凸起4-2分别固定在二号开口的两端，钢片位于一号凸起4-1和二号凸起4-2之间，顶盖4-3通过螺钉固定在一号凸起4-1和二号凸起4-2上部。
本实施方式中，金属片可以根据实际情况选取不同厚度，将金属片插在一号凸起4-1和二号凸起4-2之间，使三个一号开口处的分布式光纤2产生初始微应变，然后用螺钉将顶盖4-3固定在一号凸起4-1和二号凸起4-2上，由此起到固定分布式光纤增敏装置的作用。
具体实施方式四：结合图5说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的分布式光纤增敏装置的进一步限定，本实施方式中，所述固定结构4包括一号凸起4-1和二号凸起4-2，所述一号凸起4-1和二号凸起4-2分别固定在二号开口的两端，一号凸起4-1的顶部设置有凹槽4-4，二号凸起4-2的顶部设置有滑块4-5，所述滑块4-5能够沿二号凸起4-2顶部移动，并且能够进入凹槽4-4内部，凹槽4-4顶面与滑块4-5的顶面均设置有锯齿。
本实施方式提供了固定结构4的另一种具体结构，如图5所示，将滑块4-5向左移动，使其进入凹槽4-4一定长度后停止移动，这时三个一号开口处的分布式光纤2会产生初始微应变，两排锯齿能够对滑块4-5的位置起到固定作用。本实施方式中的固定结构4调节初始微应变的精度要优于实施方式二，并且由于取消了顶部的螺钉，所以在操作上更加方便快捷。
具体实施方式五：结合图3说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一至四所述的分布式光纤增敏装置的进一步限定，本实施方式中，每个开口处还设置有保护片6，且所述保护片6位于橡胶连接片5外部。
并在一号开口处使用钢制的保护片6进一步加固光纤，一号开口的两端可以设置插槽，将保护片6插入插槽内，覆盖住橡胶连接片5和光纤，保护片6能够减小埋地后周围土壤对光纤的影响。