專利名稱：一種單光纖單端結(jié)構(gòu)的otdr-fbg結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于光纖傳感的結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用于橋梁、大壩、管道、圍欄等工程結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)的光纖傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多樣，一直有相關(guān)的專利產(chǎn)生。例如專利CN102072741A公開了一種超長(zhǎng)距離分布式光纖傳感裝置， 采用多中繼放大方式提高分布式光纖傳感的檢測(cè)范圍。專利CN102062730A公開了一種利用閃耀型光纖光柵檢測(cè)實(shí)時(shí)檢測(cè)油氣管道腐蝕情況的裝置；專利CN101975626A公開了一種基于布里淵效應(yīng)的OTDR分布式光纖傳感系統(tǒng)；專利CN101832761A公開了一種利用長(zhǎng)周期光纖光柵和信號(hào)解調(diào)模塊的高溫壓力管道的應(yīng)變裝置；專利CN1016^855公開了一種利用OTDR中瑞利散射和布里淵散射的外差干涉進(jìn)行分布式檢測(cè)的方法；專利CN101830237A 公開了一種利用光纖光柵組成的用于重載運(yùn)輸線路安全檢測(cè)的傳感網(wǎng)絡(luò)。除以上專利外， 用于工程結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)的光纖傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案還有很多，但是從基本結(jié)構(gòu)來說只有兩類，一類是單點(diǎn)式或準(zhǔn)分布式檢測(cè)，一般采用光纖光柵或類似光纖傳感器連接而成，精度高、但是只能離散的點(diǎn)式檢測(cè)；另一類是分布式檢測(cè)，一般采用光時(shí)域反射技術(shù)(OTDR)，可以實(shí)現(xiàn)單光纖大范圍區(qū)域的連續(xù)檢測(cè)，但精度相對(duì)較低且信號(hào)解調(diào)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種即的結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)系統(tǒng)。為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。一種單光纖單端結(jié)構(gòu)的OTDR-FBG結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)系統(tǒng)，包括光時(shí)域反射傳感信號(hào)檢測(cè)模塊、光纖光柵傳感信號(hào)檢測(cè)模塊、波分復(fù)用器、單模光纖和至少一個(gè)光纖光柵，光時(shí)域反射傳感信號(hào)檢測(cè)模塊和光纖光柵傳感信號(hào)檢測(cè)模塊經(jīng)過波分復(fù)用器連接到單模光纖， 光纖光柵串接在單模光纖上，使用時(shí)各個(gè)光纖光柵位于待檢測(cè)的工程結(jié)構(gòu)的不同部位上； 光時(shí)域反射傳感信號(hào)檢測(cè)模塊包括窄脈沖光源和信號(hào)檢測(cè)單元，其產(chǎn)生的窄脈沖光經(jīng)過波分復(fù)用器耦合到單模光纖，由單模光纖反向傳回的光被送入光時(shí)域反射傳感信號(hào)檢測(cè)模塊的信號(hào)檢測(cè)單元，由信號(hào)檢測(cè)單元根據(jù)傳回的光的光強(qiáng)信號(hào)，探測(cè)所檢測(cè)的工程結(jié)構(gòu)是否存在損傷及損傷程度；所述的光纖光柵傳感信號(hào)檢測(cè)模塊包括寬帶光源和信號(hào)檢測(cè)單元， 所述的寬帶光源的波段與窄脈沖光源的波段不重疊，由寬帶光源產(chǎn)生的連續(xù)光經(jīng)過波分復(fù)用器耦合到單模光纖，由單模光纖反向傳回的光被送入光纖光柵傳感信號(hào)檢測(cè)的信號(hào)檢測(cè)單元，位于工程結(jié)構(gòu)的不同部位上的光纖光柵的中心頻率不同，由信號(hào)檢測(cè)單元根據(jù)傳回的光的光譜變化，探測(cè)所檢測(cè)的工程結(jié)構(gòu)的各個(gè)部位上的應(yīng)變。本發(fā)明利用波分復(fù)用技術(shù)，將基于光纖OTDR技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)分布式安全評(píng)估性檢測(cè)，與基于光纖光柵技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)安全檢測(cè)結(jié)合起來，充分利用兩類測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)，并互補(bǔ)性地彌補(bǔ)了兩類測(cè)量技術(shù)的不足，即實(shí)現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)整體安全的評(píng)估，又能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位進(jìn)行精密的實(shí)時(shí)監(jiān)控。適合于橋梁、大壩、石油管道等復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
3的安全檢測(cè)。


附圖1為單光纖單端結(jié)構(gòu)的集成OTDR-FBG結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)系統(tǒng)圖。1為光時(shí)域反射 (OTDR)傳感信號(hào)檢測(cè)模塊，用于分布式傳感檢測(cè)。2為光纖光柵(TOG)傳感信號(hào)檢測(cè)模塊， 用于關(guān)鍵點(diǎn)的傳感檢測(cè)。3為波分復(fù)用器，用于復(fù)用1310nm的光時(shí)域反射用脈沖光和C波段的光纖光柵用連續(xù)光。4為所檢測(cè)的建筑結(jié)構(gòu)。5為光纖光柵，布置于建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵位置。6為普通單模光纖，分布于建筑結(jié)構(gòu)中。7為建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的裂縫
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用低動(dòng)態(tài)范圍、高采樣分辨率的OTDR模塊作為分布式傳感檢測(cè)系統(tǒng)， OTDR模塊是利用光線在光纖中傳輸時(shí)的瑞利散射和菲涅爾反射所產(chǎn)生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表，包括脈沖光源和信號(hào)檢測(cè)單元兩部分。它被廣泛應(yīng)用于光纜線路的維護(hù)、施工之中，可進(jìn)行光纖長(zhǎng)度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測(cè)量。本發(fā)明采用的OTDR模塊具有1310nm窄脈沖光源，信號(hào)檢測(cè)單元主要包括用于背向散射光強(qiáng)接收的光電二極管及信號(hào)采集分析器件。采用光纖光柵(FBG)傳感信號(hào)檢測(cè)模塊，作為關(guān)鍵點(diǎn)傳感檢測(cè)系統(tǒng)，包括寬帶光源和信號(hào)檢測(cè)單元兩部分。本實(shí)施例采用的寬帶光源是C 波段(1520nm-1565nm)寬帶光源，信號(hào)檢測(cè)單元主要包括用于光纖光柵反射光譜檢測(cè)分析的F-P掃描濾波器件。每個(gè)光纖光柵中心波長(zhǎng)(傳感波長(zhǎng))都是C波段(1520nm-1565nm) 的，但是有所區(qū)別。例如FBGl是1550nm,FBG2是1555nm,FBG3是1545nm，他們之間有各自獨(dú)立的工作頻帶。測(cè)量過程如下所述1310nm窄脈沖光源與C波段寬帶光源發(fā)射的光通過波分復(fù)用器(WDM)耦合到單模光纖，單模光纖上根據(jù)實(shí)際需求串聯(lián)不同數(shù)量的光纖光柵。單模光纖埋于測(cè)試的建筑結(jié)構(gòu)中，如澆筑于混凝土中，確保單模光纖的形變和建筑結(jié)構(gòu)整體形變保持一致。在布設(shè)單模光纖的同時(shí)，將串聯(lián)其上的光纖光柵置于建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵位置。當(dāng)所檢測(cè)的建筑結(jié)構(gòu)受外力作用產(chǎn)生裂縫或形變時(shí)，整體檢測(cè)而言，單模光纖對(duì)其上產(chǎn)生的裂縫通過背向散射光強(qiáng)的變化來檢測(cè)；關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)而言，光纖光柵對(duì)其上產(chǎn)生的形變通過反射光譜的波長(zhǎng)漂移來檢測(cè)。因此，通過整體的評(píng)估性測(cè)量和關(guān)鍵點(diǎn)的精細(xì)測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物整體的安全監(jiān)控。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。參見圖1，將單模光纖6按照實(shí)際環(huán)境要求，埋于測(cè)試結(jié)構(gòu)的混凝土結(jié)構(gòu)4中，單模光纖6上串聯(lián)光纖光柵5，將光纖光柵5的位置按照實(shí)際需求安裝在測(cè)試結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵位置。光時(shí)域反射(OTDR)模塊1發(fā)出的1310nm脈沖光通過波分復(fù)用器3耦合到單模光纖6中，單模光纖6中的后向反射光反向傳輸回光時(shí)域反射模塊1進(jìn)行測(cè)試結(jié)構(gòu)整體的分步式檢測(cè)。當(dāng)測(cè)試結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫7時(shí)，裂縫7與單模光纖6接觸部位的反射光強(qiáng)發(fā)生改變， 進(jìn)而檢測(cè)裂縫產(chǎn)生的程度。光纖光柵(FBG)傳感模塊2發(fā)出的C波段(1520nm-1565nm)連續(xù)光通過波分復(fù)用器3耦合到單模光纖6中，單模光纖串聯(lián)的光纖光柵5反射特定波長(zhǎng)的光譜，反向傳輸回光纖光柵(FBG)傳感模塊，且光譜隨光纖光柵6上產(chǎn)生的應(yīng)變而變化。因此，測(cè)量光譜的變化，則可以精確地測(cè)量光纖光柵6所在關(guān)鍵點(diǎn)的應(yīng)力變化。上述方式，通過波分復(fù)用的方法集成以上兩種檢測(cè)手段，既可以對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的整體缺陷進(jìn)行評(píng)估，又可以對(duì)關(guān)鍵部位的損壞進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，起到平時(shí)預(yù)防和災(zāi)害報(bào)警的作用。本發(fā)明以市場(chǎng)上常用的OTDR模塊和FBG作為檢測(cè)部件，實(shí)際應(yīng)用中，可以選用其他的波長(zhǎng)和波段，只要兩者波段沒有重疊既可。
權(quán)利要求
1. 一種單光纖單端結(jié)構(gòu)的OTDR-FBG結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)系統(tǒng)，包括光時(shí)域反射傳感信號(hào)檢測(cè)模塊、光纖光柵傳感信號(hào)檢測(cè)模塊、波分復(fù)用器、單模光纖和至少一個(gè)光纖光柵，光時(shí)域反射傳感信號(hào)檢測(cè)模塊和光纖光柵傳感信號(hào)檢測(cè)模塊經(jīng)過波分復(fù)用器連接到單模光纖，光纖光柵串接在單模光纖上，使用時(shí)各個(gè)光纖光柵位于待檢測(cè)的工程結(jié)構(gòu)的不同部位上；光時(shí)域反射傳感信號(hào)檢測(cè)模塊包括窄脈沖光源和信號(hào)檢測(cè)單元，其產(chǎn)生的窄脈沖光經(jīng)過波分復(fù)用器耦合到單模光纖，由單模光纖反向傳回的光被送入光時(shí)域反射傳感信號(hào)檢測(cè)模塊的信號(hào)檢測(cè)單元，由信號(hào)檢測(cè)單元根據(jù)傳回的光的光強(qiáng)信號(hào)，探測(cè)所檢測(cè)的工程結(jié)構(gòu)是否存在損傷及損傷程度；所述的光纖光柵傳感信號(hào)檢測(cè)模塊包括寬帶光源和信號(hào)檢測(cè)單元，所述的寬帶光源的波段與窄脈沖光源的波段不重疊，由寬帶光源產(chǎn)生的連續(xù)光經(jīng)過波分復(fù)用器耦合到單模光纖，由單模光纖反向傳回的光被送入光纖光柵傳感信號(hào)檢測(cè)的信號(hào)檢測(cè)單元，位于工程結(jié)構(gòu)的不同部位上的光纖光柵的中心頻率不同，由信號(hào)檢測(cè)單元根據(jù)傳回的光的光譜變化，探測(cè)所檢測(cè)的工程結(jié)構(gòu)的各個(gè)部位上的應(yīng)變。
全文摘要
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種單光纖單端結(jié)構(gòu)的OTDR-FBG結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)系統(tǒng)，包括光時(shí)域反射傳感信號(hào)檢測(cè)模塊、光纖光柵傳感信號(hào)檢測(cè)模塊、波分復(fù)用器、單模光纖和多個(gè)光纖光柵，光時(shí)域反射傳感信號(hào)檢測(cè)模塊和光纖光柵傳感信號(hào)檢測(cè)模塊經(jīng)過波分復(fù)用器連接到串接光纖光柵的單模光纖；光時(shí)域反射傳感信號(hào)檢測(cè)模塊產(chǎn)生的窄脈沖光經(jīng)過波分復(fù)用器耦合到單模光纖，根據(jù)傳回光，探測(cè)所檢測(cè)的工程結(jié)構(gòu)是否存在損傷及損傷程度；光纖光柵傳感信號(hào)檢測(cè)模塊產(chǎn)生的連續(xù)光經(jīng)過波分復(fù)用器耦合到單模光纖，由單模光纖反向傳回，根據(jù)光譜變化，探測(cè)所檢測(cè)的工程結(jié)構(gòu)的各個(gè)部位上的應(yīng)變。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍連續(xù)分布式檢測(cè)及對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)精細(xì)檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01B11/16GK102353339SQ201110270928
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者呂辰剛, 張瑞峰, 程鵬飛, 鄒強(qiáng) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)