專利名稱：一種基于光纖長啁啾光柵頻域反射技術(shù)的用于土木結(jié)構(gòu)裂紋的檢測方法及傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于光纖長啁啾光柵的頻域分析技術(shù)分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)及其實施方法，可以實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的應(yīng)變監(jiān)測及裂縫定位。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是通過各種無損檢測方法獲得結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息，并作出安全性評價與必要的預(yù)警。目前用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的傳感器主要包括應(yīng)變片，光纖Bragg光柵(FBG)傳感器，以及基于布里淵散射的分布式光纖傳感器等。但研究及工程實際表明，由于結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力集中和裂縫出現(xiàn)，會導致應(yīng)變片傳感器失效。而光纖FBG傳感器只能測量一系列離散點的應(yīng)變分布，而無法獲得整體信息。布里淵散射光纖傳感器的空間分辨率最多只能達到幾十厘米，不足以準確探測結(jié)構(gòu)裂縫及準確位置信息。在許多工程結(jié)構(gòu)中，往往要求能夠在很大的測量距離中，準確定位裂紋位置及損壞程度，以同時滿足對結(jié)構(gòu)整體和局部監(jiān)測評估。 這對大型結(jié)構(gòu)的長期健康檢測具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于光纖長啁啾光柵頻域反射技術(shù)的用于土木結(jié)構(gòu)裂紋的檢測方法及傳感器，用于結(jié)構(gòu)局部應(yīng)變及裂紋檢測，測量距離長，穩(wěn)定性和重復性良好，精度高。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種基于光纖長啁啾光柵頻域反射技術(shù)的用于土木結(jié)構(gòu)裂紋的檢測方法，其特征在于利用光纖長啁啾光柵的頻域分析技術(shù)，組成分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測及裂縫定位。一種基于光纖長啁啾光柵頻域反射技術(shù)的用于土木結(jié)構(gòu)裂紋的傳感器，其特征在于包括可調(diào)諧激光器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、光纖長啁啾光柵傳感器、偏振控制器、光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡、信號分析及處理系統(tǒng)、顯示裝置組成，所述的光源的輸出端連接第一耦合器的輸入端，第一耦合器具有兩個輸出端，第一輸出端通過偏振控制器連接第三耦合器的第一輸入端，第一耦合器的第二輸出端依次連接第二耦合器的第一輸入端、長啁啾光柵傳感器的輸入端、第二耦合器的第二輸入端以及第三耦合器的第二輸入端， 所述的第二耦合器的第一輸出端與所述的長啁啾光柵傳感器的輸入端連接，長啁啾光柵傳感器的輸出端連接第二耦合器的第二輸入端，在所述的耦合器的輸出端依次串聯(lián)所述的光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡、信號分析及處理部分以及顯示裝置。本發(fā)明是一種基于光纖長啁啾光柵的頻域反射傳感技術(shù)，它的構(gòu)成可調(diào)諧激光器、三個耦合器、光纖長啁啾光柵傳感器、偏振控制器、光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡、信號分析及處理系統(tǒng)、電腦顯示組成。其連接關(guān)系如下光源發(fā)出的寬帶光通過光纖連接進入耦合器后分為兩路，一路光通過偏振控制器后進入耦合器，另一路光通過耦合器及長啁啾光柵傳感器后原路返回，也進入耦合器。耦合器輸出端接光電探測器，數(shù)據(jù)采集卡采集光電探測器的輸出信號，經(jīng)過信號分析及處理部分后，在電腦上顯示檢測結(jié)果，以觀測光纖長啁啾光柵傳感器的反射信號變化。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點1 .高空間分辨率，能夠?qū)崿F(xiàn)微米量級空間分辨率，空間定位精度高；2 .能夠?qū)崿F(xiàn)材料微小裂縫及損壞的分布式探測；3靈敏度高， 系統(tǒng)穩(wěn)定性好，且傳感器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，性價比高。


圖1是本發(fā)明一種具體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的一種具體實施方式
結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。
具體實施方式
一下面結(jié)合圖1、2具體說明本實施方式。可調(diào)諧激光器1發(fā)出波長隨時間變化的窄線寬激光入耦合器2后分為兩路，一路光作為參考光經(jīng)過偏振控制器5和耦合器4后，進入光電探測器7，另一路作為傳感光經(jīng)過耦合器3進入長啁啾光柵傳感器6 后被光柵反射。反射光通過耦合器3進入耦合器4，然后進入光電探測器7。光信號經(jīng)光電探測器7后輸出的電流信號由數(shù)據(jù)采集卡8進行采集，然后由信號處理部分9對信號進行分析，得到電流信號中所包含的光纖長啁啾光柵反射光信號變化，然后由電腦10顯示。長啁啾光柵6的長度可根據(jù)實際應(yīng)用情況選擇，范圍10厘米-1米。在長啁啾光柵的長度內(nèi)不同位置點對應(yīng)不同波長如圖2示，啁啾光柵可通過相位掩模板或激光逐點制作，因此長啁啾光柵的反射光譜波長寬度可由相位掩模板的柵距或逐點寫入的步進距離決定?？烧{(diào)諧激光器1發(fā)出兩路光，一路經(jīng)耦合器3進傳感光柵6后被反射，另一路經(jīng)偏振控制器5后以消除偏振對信號影響。由于光程不同，兩路光在耦合器6處發(fā)生干涉。激光器波長可調(diào)諧，因此干涉條紋會發(fā)生變化。當長啁啾光柵內(nèi)某一點出現(xiàn)裂紋或應(yīng)變變化， 會導致兩路光產(chǎn)生的干涉條紋變化的頻率改變，通過檢測頻率變化量大小，可獲得裂紋或應(yīng)變大小。由于長啁啾光柵不同的位置反射不同波長，如圖2中所示，λ 、λ 2、λ 3、λ 4， 通過檢測反射波長，可精確定位裂紋或發(fā)生應(yīng)變的位置信息。干涉光的變化經(jīng)光電探測器 7檢測，變成電信號。數(shù)據(jù)采集卡8對電信號進行采集，然后由信號分析軟件部分9對信號進行頻域分析，得到其頻率變化及波長信息，通過換算可得到對應(yīng)的裂紋或應(yīng)變大小及發(fā)生位置信息。最后通過軟件在電腦10上顯示測試結(jié)果，以實現(xiàn)在線實時檢測。如果需要更多測量點，可在傳感光柵6后串聯(lián)多個波長不同的長啁啾光柵以實現(xiàn)分布式檢測。
權(quán)利要求
1.一種基于光纖長啁啾光柵頻域反射技術(shù)的用于土木結(jié)構(gòu)裂紋的檢測方法，其特征在于利用光纖長啁啾光柵的頻域分析技術(shù)，組成分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測及裂縫定位。
2.一種用于權(quán)利要求1所述的檢測方法的傳感器，其特征在于包括可調(diào)諧激光器 (1)、第一耦合器(2)、第二耦合器(3)、第三耦合器(4)、光纖長啁啾光柵傳感器(5)、偏振控制器(6)、光電探測器(7)、數(shù)據(jù)采集卡(8)、信號分析及處理系統(tǒng)(9)、顯示裝置(10)組成， 所述的光源(1 )的輸出端連接第一耦合器(2)的輸入端，第一耦合器(2)具有兩個輸出端， 第一輸出端通過偏振控制器(6)連接第三耦合器(4)的第一輸入端，第一耦合器(2)的第二輸出端依次連接第二耦合器(3)的第一輸入端、長啁啾光柵傳感器(5)的輸入端、第二耦合器(3)的第二輸入端以及第三耦合器(4)的第二輸入端，所述的第二耦合器的第一輸出端與所述的長啁啾光柵傳感器(5)的輸入端連接，長啁啾光柵傳感器(5)的輸出端連接第二耦合器(3)的第二輸入端，在所述的第三耦合器的輸出端依次串聯(lián)所述的光電探測器 (7)、數(shù)據(jù)采集卡(8)、信號分析及處理部分(9)以及顯示裝置(10)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光纖長啁啾光柵頻域反射技術(shù)的用于土木結(jié)構(gòu)裂紋的檢測方法及傳感器，所述的檢測方法是利用光纖長啁啾光柵的頻域分析技術(shù)，組成分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測及裂縫定位。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點高空間分辨率，能夠?qū)崿F(xiàn)微米量級空間分辨率，空間定位精度高；能夠?qū)崿F(xiàn)材料微小裂縫及損壞的分布式探測；靈敏度高，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，且傳感器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，性價比高。
文檔編號G01B11/16GK102175170SQ201110069429
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者吳智深, 孫安 申請人:東南大學