[发明专利]一种多维多向应力应变监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于PPP-BOTDA技术的多维多向应力应变监测系统，属于光纤传感技术在结构健康监测领域中的应用。

背景技术

1864年英国谢菲尔德水库堤坝溃决，造成254人的死亡；1907年加拿大魁北克桥突然全桥倒塌，造成74人死；2000年美国加州的Carlsbad市一条天然气管线泄漏并发生爆炸，造成12人死亡。大量事例表明，重大水利与土木工程在超长服役期间不可避免的遭受材料本身性能退化、不利环境荷载作用等的影响，极易引起工程结构服役性态异常，若不能及时监测和发现，极有可能导致一些灾难性事件的发生。在中国，随着大量民用军用工程的兴建，重要工程及重大结构的安全监测监控意义变得极为重大，因此，研发高分辨率、高精度、大测量范围、高信息量以及高可靠性的分布式监测技术和系统，已成为广大科研工作者和工程界高度关注的研究热点和方向。

传统的监测设备容易受到外界温度、湿度等环境影响而产生测值漂移等问题；监测方式基本为点式监测，其对大型结构体的全面监测监控基本不可能实现。目前的FBG技术虽然监测精度极高，可以达到3με的应变测量精度，但是不能真正的实现分布式监测；BOFDA技术虽然空间分辨率高，但是测量范围过小；BOCDA技术其传感距离过短，只能对光纤上单独的某一点进行监测；BOTDR技术其精度仅为±50με，且空间分辨率仅1m左右。

脉冲预泵浦布里渊光时域分析技术（Pulse-PrePump Brillouin Time Domain Analysis）具有高空间分辨率以及高测量精度，真正实现了分布式监测。该技术第一次进入了定量化的实用水平，是一种可靠的分布式监测手段，为工程安全监测提供了一种全新的思路。PPP-BOTDA分布式光纤传感技术在桩基、油井、复合材料以及预应力梁的变形监测方面有一些较成熟的应用，但基于PPP-BOTDA技术的空间多维多向应力应变分布式光纤监测目前尚没有公开的研究成果，其系统化的实现以及研究更是一个空白。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多维多向应力应变监测系统，为结构健康诊断与评估提供更加有效、准确及全面的监测信息。

技术方案：本发明所述的多维多向应力应变监测系统，包括信息采集装置、光纤监测装置、数据分析平台、集线箱和设置在待测结构体中的光纤传感装置；所述光纤传感装置用于感知待测结构体在外界因素作用下产生的应力应变信息；所述光纤监测装置通过集线箱与所述光纤传感装置连接，对待测结构体进行分布式高精度监测；所述信息采集装置与所述光纤监测装置连接，用于捕获和存储光纤监测数据，并将监测信息数字化、可视化；所述数据分析平台与所述信息采集装置相连，为用户提供数据准备、图形查看、数据基本分析和应力计算功能。

所述光纤监测装置包括信号处理设备、泵浦光源、光电转换开关、放大器、光路控制设备、探测光源、偏控设备、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器和测量计时功能用装置，所述信号处理设备的信号连接端口E和信号连接端口F分别连接泵浦光源和探测光源的光输入端口，实现调制泵浦光源和探测光源的光信号的频率和功率值；泵浦光源的光信号输出端口依次连接光电转换开关和放大器和光路控制设备输入端口，后经集线箱与光纤传感装置中当前监测的光纤的初始端跳线连接端口连接；探测光源的光输出端口连接偏控设备的输入端口，后经集线箱与光纤传感装置中当前监测的光纤的末端另一跳线连接端口连接；第一光电探测器的信号输入端与泵浦光源侧传感光纤连接，信号输出端与信号处理设备的C接口连接，将探测到的泵浦光源的实际输出值传输给信号处理设备以对泵浦光源的光信号的频率和功率值进行进一步调整；第二光电探测器的信号输入端与探测光源侧传感光纤连接，信号输出端与信号处理设备的D接口连接，将探测到的探测光源的实际输出值传输给信号处理设备以对探测光源的光信号的频率和功率值进行进一步调整；测量计时功能用装置的信号输入端与传感光纤一端连接，信号输出端与信号处理设备的B接口连接实现对传输路径上光纤各点的空间定位；第三光电探测器的信号输入端与光路控制设备（11）的传感光纤一端连接，信号输出端与信号处理设备的A接口连接，实现对背向的受激布里渊散射信号功率进行测量。