[发明专利]一种光纤多裂缝监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种光纤多裂缝监测系统及方法，包括裂缝传感元件、光纤、外壳、连接器、光纤环形器、扫描激光器和光谱信号解调器，其中，所述外壳内设置有多个连接器，连接器通过光纤连接裂缝传感元件，光纤通过光纤环形器连接扫描激光器和光谱信号解调器，连接器固定在裂缝两端或易出现裂缝部位，连接器包括弹性体，所述弹性体随裂缝出现或生长发生弹性形变，带动光纤拉伸，产生的应变使得裂缝传感元件光谱展宽并向长波长方向漂移，光谱信号解调器接收后向反射光并进行解调，实现对多裂缝的同时监测。

技术领域

本发明涉及一种光纤多裂缝监测系统及方法。

背景技术

裂缝是判断岩体稳定性的重要指标，因此实时监测岩体裂缝萌生、发展的过程非常重要。传统的电磁式测量方法如电感式、电容式裂缝传感器，其抗干扰能力差、防水防潮性能差，容易腐蚀；机械式测量方法如霍尔式裂缝传感器，其精度低、速度慢，不便于在线实时监测；激光测量方法受到光的直线传播这一条件限制，仅能测量表面的裂缝。光纤传感器具有体积小、重量轻、精度高、使用寿命长、抗电磁干扰能力强、防水防潮、本征安全等优点，为岩石裂缝长期实时监测提供了可行途径。因此，研制光纤裂缝传感器具有重要的意义和工程应用价值。但目前的光纤裂缝传感器体积大、精度低，仅能实现单点测量，不能很好地满足实际工程的需要。

在大型工程监测中，通常需要布置多个光纤光栅裂缝传感器，工作量大，且安装困难。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种光纤多裂缝监测系统及方法，本发明测量精度高，体积小，能够实现多个裂缝的同时测量，且便于安装。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光纤多裂缝监测系统，包括裂缝传感元件、光纤、外壳、连接器、光纤环形器、扫描激光器和光谱信号解调器，其中，所述外壳内设置有多个连接器，连接器通过光纤连接裂缝传感元件，光纤通过光纤环形器连接扫描激光器和光谱信号解调器，连接器固定在裂缝两端或易出现裂缝部位，连接器包括弹性体，所述弹性体随裂缝出现或生长发生弹性形变，带动光纤拉伸，产生的应变使得裂缝传感元件光谱展宽并向长波长方向漂移，光谱信号解调器接收后向反射光并进行解调，实现对多裂缝的同时监测。

进一步的，所述连接器包括壳体、连接器卡件和连接器主体，壳体为硬质环装结构，中心开孔，壳体上设置有凹槽，与连接器卡件固连，保证连接器卡件及光纤只沿着轴向移动，防止其发生其他方向的滑动，连接器主体为弹性体设置于壳体中心位置。

更进一步的，连接器卡件部分包括卡件，所述卡件设置于弹性体两侧，且固定在外壳内部，固定住光纤，连接器卡件部分设有空隙以放置足够长度的光纤，松弛程度与弹性体的拉伸长度相配合，以决定多裂缝传感器的量程。

所述连接器卡件为四角飞镖形，凹槽与其形状相配合。

进一步的，所述裂缝传感元件为CFBG，即栅格周期线性变化的宽光谱光纤光栅，并且CFBG的材质为聚合物光纤。

优选的，光纤为聚合物光纤，聚合物选用PVC等材质。

所选激光器为可调谐F-P激光器，所述激光器连接至激光调制器，将F-P光源的光信号调制成脉冲信号。

更进一步的，所述宽带光源经由光纤环形器进入传感光纤，CFBG的后向反射光经由光纤环形器从另一路进入FP腔，FP腔受到锯齿波的激励在每个周期内逐点扫描反射光，得到波长对应光强度的CFBG光谱。

进一步的，所述外壳为管状结构，与连接器连接部位设置有凹槽，以固定连接器。