[发明专利]水工程保偏光纤背向Rayleigh散射多参量智慧感测装置及方法

说明书

本发明公开了一种水工程保偏光纤背向Rayleigh散射多参量智慧感测装置及方法，包括融载体模块、下双向触发模块、任意向触发模块、光组件模块四个部分，任意向触发模块通过左旋心和右旋心与融载体模块连接，融载体模块通过卡扣柱与下双向触发模块相连接，保偏光纤依次通过光组件模块、融载体模块、任意向触发模块、下双向触发模块进行连接，提出多模块化的新型保偏光纤交错融合体，有效增加了新型保偏光纤多维参量化的静动态感知能力，提出了采用左协同感应盘和右协同感应盘的360°自由转动的方案，形成工程体的全域性神经感知组网，建立“未病”化的预警体系，可实现多方向全域化高精度安全信息快速智慧辨识，大大提高了保偏光纤的适应性。

技术领域

本发明涉及水工健康监测领域，具体为一种水工程保偏光纤背向Rayleigh散射多参量智慧感测装置及方法。

背景技术

水工程是一项规模庞大、结构复杂、外部作用多变的复杂混沌体系，未知性强，病害发展过程累积性、联动性特征显著，“未病先防、已病防变”是重要的工程病害防治理念，“未病”状态具有多维性、动态性、系统性、复杂性及显著的个体差异性。

然而“未病”发生、发展的工程学基础尚不明晰，缺乏可定量表征的客观指标。本专利以重大工程、重点区域、重大病害的“未病”状态为研究对象，利用先进感知、人工智能、大数据等多先进学科大交叉融合研究手段，形成工程体的全域性神经感知组网，全面揭示“未病”发生的工程学原理，构建“未病”临界状态的多数学模型，建立“未病”化的预警体系，为理解工程病害的发生机制、预判病害发生与发展、病害预防和诊疗新技术提供理论依据。

而对于传统的传感装置而言，其经常会出现抗电磁干扰能力差、易受到潮湿环境影响、使用寿命短、单点单物理量监测、引线过多、极其容易出现测值漂移等影响监测效果的问题，因此，需要研发先进、实用的监测技术及设备，随着当前人们安全意识及监测技术的不断提升，衍生了一批有代表性的方法：超声波检测法、声学方法、磁粉法、探地雷达、示踪剂法等多种技术，但是该类新方法对水工程的应力应变监测效果不大，需要对旧技术进行改进并探索新技术，分布式光纤监测技术是当前较为成熟的监测手段，具有抗电磁干扰能力强、不易受到外部环境影响、使用寿命长、可实现分布式多参量监测、不容易出现测值漂移、价格低廉、布设方便等优点，因此，基于传感光纤技术在水工程的应用研究意义极为重大，但是分布式光纤监测技术在水工程应力应变温度等多参量化监测方面的实用性较差，不能直接将其应用到水工结构工程监测中，需要对其进行改进与创新，提出与构建出一种可以真正实用化的新型监测技术传感系统。

另一方面，普通的传感光纤是传导某一波长的脉冲光时、波导中只有LP01的基模可以实现可靠传导、其他高阶模不能稳定存在的一种光纤类型，而保偏光纤是可以实现高阶模式的传播的新型光纤，高阶模式的优势就是更加稳定，不容易被干扰，基于上述实际工程具体需要，充分依赖分布式传感光纤的优点，填充当前研究与实用领域内的空白，本发明基于保偏光纤构建了一体化的水工程保偏光纤背向Rayleigh散射多参量智慧感测装置及方法，摒弃传统的传感光纤的使用，研发更高精度分布式水工结构体的多参量同步辨识技术，为能从静动态层面、时间与空间层面、内部与外部层面、全域与细部层面上实现水工结构体的安全性态定量与定性评估提供重要的保障。

发明内容

发明目的：为聚焦水工程病害发生前期的“亚健康”状态，阐明“未病”的工程学基础，构建表征“未病”状态共性规律的力学、数学等机理体系，明确可定量表征“未病”状态的客观指标，通过先进的感知技术形成“未病”状态的诊断方法，实现对“未病”的精准诊断及早期预警，建立工程科学研究的新范式。

本专利克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种多复杂环境下水工结构体应力应变感知装置及方法，具有布设便捷、分布式监测、同步运行、流程化、高效性特点，其成本低廉、操作简单、效果极佳，可以实现全时域待测水工结构体的自动化信息采集，形成系列化、一体化的监测技术，其在降低监测成本、提高监测精度及提升工程实用化能力等方面具有突出优势。