[发明专利]一种基于特种光纤的干涉式温度与应力双参数测量系统

说明书

本发明属于光纤光学测量技术领域，具体公开了一种基于特种光纤的干涉式温度与应力双参数测量系统，包括信号解调部分、网络拓扑结构和测量部分，信号解调部分包括宽谱光源、第一连接光纤、第二连接光纤、第三连接光纤、第一光纤环形器、第二光纤环形器、调节臂、光电探测器、数据采集卡和计算机；网络拓扑结构由光开关或多路分路器构成并且以树状结构连接形成；测量部分包括多个相同的特种光纤传感器，每个特种光纤传感器包括第四连接光纤、第二分光器、特种光纤和第二反射器。上述测量系统，能够对温度和应力进行一体式测量。

技术领域

本发明属于光纤光学测量技术领域，尤其涉及一种基于特种光纤的干涉式温度与应力双参数测量系统。

背景技术

温度和应力是建筑物结构健康监测中一项重要的监测内容，通过对建筑物施工及使用过程中的温度和应力监测，可以准确地反应建筑物在施工及运营期间的受力、变形、温度、热涨等性能参数变化，并通过计算可以有效的评估建筑物的老化、损伤位置和程度，对建筑物的结构健康情况、可靠性、耐久性和可承载能力等性能进行综合评估，为建筑物的后期维修、养护及管理提供评定依据。

目前基于光纤光学的温度、应力监测技术主要有光纤布拉格光栅(FBG)和布里渊光时域分析仪(BOTDA)技术。FBG以其测量精度高、结构简单、安装方便、抗电磁干扰、耐酸碱腐蚀等优点，广泛应用于建筑物的结构健康检测中。BOTDA测量尺度可达到数十公里，且可以实现分布式测量，同时也具有安装方便、抗电磁干扰、耐酸碱腐蚀等优点，被广泛应用于输油管道、桥梁、隧道等大型建筑的结构健康监测中。但以上两种方法都有一定的局限性，其中FBG为单点式测量，当测量对象为有限长区域时，不能对总体形变进行准确测量，BOTDA虽然可以实现分布式测量，但其对有限长区域的形变测量，是将各个测量点的数据进行求和分析，无法进行直接测量，且设备成本高，解调设备使用寿命短。在上述情况下，探索出一种既能分布式测量又能对总体形变进行准确测量的测量系统越来越重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于特种光纤的干涉式温度与应力双参数测量系统，以解决现有技术中不能分布式测量或对总体形变进行测量的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种基于特种光纤的干涉式温度与应力双参数测量系统，包括信号解调部分、网络拓扑结构和测量部分，信号解调部分包括宽谱光源、第一连接光纤、第二连接光纤、第三连接光纤、第一光纤环形器、第二光纤环形器、调节臂、光电探测器、数据采集卡和计算机，调节臂包括定长光纤、第一分光器、自聚焦光纤准直器、第一反射器和步进电机；宽谱光源连接到第一光纤环形器的一号端口，第一光纤环形器的二号端口与网络拓扑结构连接，第一光纤环形器的三号端口通过第一连接光纤与第二光纤环形器的一号端口连接，第二光纤环形器的二号端口通过第二连接光纤与第一分光器的输入端连接，第一分光器的输出端与自聚焦光纤准直器通过定长光纤连接，自聚焦光纤准直器与第一反射器之间形成空气光程；第一反射器固定在能够做直线运动的步进电机上，步进电机由计算机控制，第二光纤环形器的三号端口与光电探测器的输入端连接，光电探测器的输出端与数据采集卡连接，数据采集卡与计算机连接；

网络拓扑结构由光开关或多路分路器构成并且以树状结构连接形成，一级多路分路器或光开关的输入端与第一光纤环形器的二号端口连接，一级多路分路器或光开关的输出端分别连接二级多路分路器或光开关的输入端……以此类推，最后(n-1)级多路分路器或光开关的输出端分别连接n级多路分路器或光开关的输入端，n级多路分路器或光开关与测量部分连接；

测量部分包括多个相同的特种光纤传感器，每个特种光纤传感器包括第四连接光纤、第二分光器、特种光纤和第二反射器，第二分光器的输入端与n级多路分路器或光开关通过第四连接光纤连接，第二分光器的输出端与第二反射器之间通过特种光纤连接；第二分光器、特种光纤和第二反射器固定在待测的建筑物上。