[发明专利]监测水工程安全性态的分布式传感光纤声发射装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及监测水工程安全性态的分布式传感光纤声发射装置及方法，属于水利工程安全监测与探测领域。

背景技术

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，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；

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；

为能更好地确保工程安全、提高系统可靠性与稳定性，减少不必要的损失与成本，探索一种更先进的探测监测技术显得极为重要，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，本发明专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。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种监测水工程安全性态的分布式传感光纤声发射装置及方法，融合构建了光纤声发射模块、转连模块和载纤布设模块，提出使用飞秒激光光学频率梳技术与声发射技术融合，创建了可空间定位、全程分布式监测、可定量探测的多级物理尺度下、多声发射波共腔孔的多级时间延迟与多声波振动频率的监测装置和方法，具有极佳的实际工程应用和科学研究价值。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种监测水工程安全性态的分布式传感光纤声发射装置，包括载纤布设模块和光纤声发射模块，所述载纤布设模块包括内支撑体、网孔模块和载纤模块，所述内支撑体、网孔模块和载纤模块组成圆柱状形状，所述内支撑体的截面为四边内凹的四角内凹形，内支撑体四个面为凹面，在内支撑体的四个凹面中均设有若干个网孔的网孔模块，相邻两个网孔模块之间设有载纤模块，载纤模块内包含传感光纤；

所述光纤声发射模块包括驱动电源、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、声发射信号、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，所述锁模激光器的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，放大器的输出端与载纤布设模块中的传感光纤相连接，控制器输出端与混凝土结构体安全性态评价系统相连接。

作为优选，所述网孔模块包含载体，载体上设有沿传感光纤轴线的网孔，每一个载体上设有三角共腔网孔、圆共腔网孔、四边共腔网孔、五角共腔网孔中的一种，每个载体上的网孔形状均不同，三角共腔网孔、圆共腔网孔、四边共腔网孔和五角共腔网孔按照逆时针顺序设置。

作为优选，所述载纤模块包含阻隔块、封闭塞、双光纤通道和半圆承纤台，所述半圆承纤台与载体连接，半圆承纤台内设有双光纤通道，双光纤通道内设有两条传感光纤，在半圆承纤台顶部的两边分别铰接有封闭塞，两个封闭塞通过阻隔块锁紧。

作为优选，所述半圆承纤台内设有分隔两条传感光纤的隔纤壁。