[实用新型]一种预应力钢筒混凝土管断丝光纤声发射监测系统

说明书

一种预应力钢筒混凝土管断丝光纤声发射监测系统，属于结构安全监测技术领域。该监测系统的第一传感光纤的长度与预应力钢筒混凝土管的长度相同，第二传感光纤的长度为预应力钢筒混凝土管长度的2倍。第一移动反射镜的第一参考光纤的长度与第一传感光纤的长度相同，第二参考光纤的长度与第二传感光纤的长度相同。计算机电连接驱动第一移动反射镜的步进电机、第二移动反射镜的步进电机和高速数据采集卡。本实用新型采用低相干白光干涉技术探测预应力钢筒混凝土管断丝导致的声发射事件，通过对监测系统获得的相继两个干涉信号的时间延迟分析，进行声发射事件的精确定位，实现预应力钢筒混凝土管断丝的实时监测及结构安全预警。

技术领域

本实用新型涉及一种预应力钢筒混凝土管断丝光纤声发射监测系统，属于结构安全监测技术领域。

背景技术

预应力钢筒混凝土管（Pre-stressed Concrete Cylinder Pipe，缩写为PCCP）是一种复合型管材，通常由内嵌薄钢筒的高强混凝土管芯，外部缠绕预应力钢丝，并喷射水泥砂浆保护层组成。PCCP充分利用混凝土抗压、钢丝抗拉、钢筒抗渗等材料的各自优势，使得管材具有高抗渗、高密封性和高强度的“三高”特征，在市政、水利、能源等工程中得到了普遍应用。

预应力钢丝是决定PCCP管体强度的关键。在管道服役过程中，应力和腐蚀因素的联合作用，通常会导致PCCP中预应力钢丝发生断裂，造成管道承载能力下降，一旦遭遇不利荷载，引起管道爆裂。获得PCCP预应力钢丝断裂的信息，便成为评估管道结构安全，防止爆管事故发生的关键。目前，国内外主要采用两类电磁技术，即远场涡流和P波技术，进行PCCP断丝位置和数量的检测。尽管电磁技术在PCCP断丝检测中得到了广泛应用，但是这类技术仍然存在易受环境电磁干扰、检测精度较低以及无法实时监测的缺陷。PCCP预应力钢丝断裂所释放的能量，将以声波的形式在管内的水中传播，如果沿管道的纵向布设光纤传感器，则可以拾取水中传播的声发射信号，实现PCCP运行状态下断丝行为的实时探测。管道光纤声发射传感器主要基于Mach-Zehnder干涉原理或Sagnac干涉原理实现，但是前者对激光器的相干性要求较高，后者无法区分声发射扰动位置处于传感器的上半环还是下半环。基于Michelson干涉原理的低相干白光光纤干涉测量技术，较全相干技术具有更好的工作稳定性，但是目前还难以实现声发射事件的探测和定位，而PCCP断丝监测最为重要的目的是探测预应力钢丝断裂的位置。

发明内容

本实用新型的目的旨在提供一种预应力钢筒混凝土管断丝光纤声发射监测系统，采用低相干白光双干涉传感器配置方式，并提出了传感器在预应力钢筒混凝土管上的布设方案，通过对监测系统获得的相继两个干涉信号的时间延迟分析，进行声发射事件的精确定位，实现预应力钢筒混凝土管断丝的实时监测及结构安全预警。