[发明专利]分布式传感光纤声发射融合感知系统及运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及分布式传感光纤声发射融合感知系统及运行方法，属于水工程结构安全监测与探测领域。

背景技术

由于激光和光纤的发明，光纤技术取得了举世瞩目的成功，在光通信技术的推动下，各种光纤、器件、元件、仪器和机械设别等相关器件的研究与开发取得了巨大的进步，众所周知，光波是一种电磁波，当电磁波入射到诸如光纤这样的介质中时，入射的电磁波将与组成该材料的分子或者原子相互作用，从而产生散射谱，常见的有瑞利散射、布里渊散射，通过利用这些散射光信息，人们研制了很多传感光纤监测仪器，自从1989年蒙德兹等首先将光纤传感器埋入混凝土结构体中进行结构安全监测以来，各国学者进一步推动了该技术在土木、水利工程中的应用，现在光纤传感技术已经在监控复合材料固化、结构无损检测、损伤监测、识别及评估方面取得了一些成果；

在水利与土木工程中，材料内部在遭受外界温度、水荷载、重力等作用下会发生不同程度的断裂，该种断裂很多情况下是不可见的内部损伤，如果不能及时探测及发现，很可能会发展成为工程中的一个安全隐患，这种缺陷或者损伤随着时间会出现一种不断累积的不可逆过程，其可能会造成结构体发生整体或者局部的突发性失效，进而导致严重的工程问题，材料在损伤时会释放出弹性能，弹性能在材料中以弹性波的形式传播，这种弹性波被称为声发射波。

但是当前所研发的监测设备，由于当前性能参数多样化和高标准的需求，光纤传感技术的实际应用仍然远远落后于当前对该技术的需求，其中融合传感光纤技术与声发射技术即为其中一个研究极为欠缺的领域，由于传感光纤技术与声发射技术具有优良的监测探测性能，将其融合其必将产生重大的技术革新，为突破系统庞大、线缆过多、抗电测干扰能力差的压电陶瓷声发射检测法及当前的点式监测的光纤布拉格光栅型声发射检测系统。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种分布式传感光纤声发射融合感知系统及运行方法，利融合飞秒激光光学频率梳技术与声发射技术，通过构建瑞利弹射散射、布里渊散射的光纤传感技术与声发射技术融合的新型监测探测技术，实现了可空间定位、全程分布式、高空间分辨率、高探测精度的监测探测技术，其立点新颖、结构布设简单、操作方便，具有较好的实际工程应用意义和科学研究价值。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种分布式传感光纤声发射融合感知系统，包括传感光纤温敏补偿装置和传感光纤声发射解调装置，传感光纤从传感光纤声发射解调装置出发，经过传感光纤温敏补偿装置，最后再返回传感光纤声发射解调装置，传感光纤温敏补偿装置中的传感光纤的首尾需要跟传感光纤声发射解调装置连接；

所述传感光纤温敏补偿装置包括载纤导连模块和温敏补偿模块，所述载纤导连模块中穿过第一传感光纤、第二传感光纤和第三传感光纤，载纤导连模块上设有固定第一传感光纤和第三传感光纤的内置固纤模块，第一传感光纤和第三传感光纤通过内置固纤模块固定后与第二传感光纤平行布置；所述第一传感光纤和第三传感光纤位于圆弧形壳体的上表面，第二传感光纤穿过温度补偿装置后固定在另一个载纤导连模块上，第一传感光纤和第三传感光纤通过另一对内置固纤模块固定在载纤导连模块上；

所述传感光纤声发射解调装置包括驱动电源、锁模激光器、飞秒激光光学频率梳、脉冲调制器、波分复用器、光路耦合器、放大器、接收器、探测器、控制器、混凝土结构体安全性态评价系统、瑞利光接收器、布里渊光接收器、光分器，所述驱动电源的输出端与锁模激光器的输入端连接，驱动电源的输入端与控制器的输出端连接，所述锁模激光器依次与飞秒激光光学频率梳、脉冲调制器和波分复用器连接，波分复用器的输出端分别与光分器的输入端和光路耦合器的输入端相连接，光分器的输出端分别与瑞利光接收器的输入端和布里渊光接收器的输入端连接，瑞利光接收器的输出端和布里渊光接收器的输出端与控制器的输入端连接，光路耦合器的输出端与放大器的输入端和接收器的输入端连接，接收器的输出端与探测器的输入端相连接，探测器的输出端与控制器的输入端相连接，放大器的输出端与光纤声发射传感装置连接，控制器输出端与混凝土结构体安全性态评价系统相连接。