CN105788749B - 一种监测结构局部大变形的智能光电复合缆及监测方法 - Google Patents
一种监测结构局部大变形的智能光电复合缆及监测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105788749B CN105788749B CN201610113120.1A CN201610113120A CN105788749B CN 105788749 B CN105788749 B CN 105788749B CN 201610113120 A CN201610113120 A CN 201610113120A CN 105788749 B CN105788749 B CN 105788749B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fbg
- optical fiber
- demodulators
- monitoring
- coaxial cable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 87
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 33
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims abstract description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 22
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 15
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 10
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 6
- 230000035772 mutation Effects 0.000 claims description 6
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 3
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims description 3
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 10
- 238000013329 compounding Methods 0.000 abstract 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 abstract 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 abstract 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000011161 development Methods 0.000 description 8
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 3
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000013308 plastic optical fiber Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000019771 cognition Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000260 silastic Polymers 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B11/00—Communication cables or conductors
- H01B11/22—Cables including at least one electrical conductor together with optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/02—Disposition of insulation
- H01B7/0275—Disposition of insulation comprising one or more extruded layers of insulation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
- H01B7/18—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring
- H01B7/187—Sheaths comprising extruded non-metallic layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
- H01B7/18—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring
- H01B7/24—Devices affording localised protection against mechanical force or pressure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
- H01B7/28—Protection against damage caused by moisture, corrosion, chemical attack or weather
- H01B7/2806—Protection against damage caused by corrosion
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
- H01B7/28—Protection against damage caused by moisture, corrosion, chemical attack or weather
- H01B7/282—Preventing penetration of fluid, e.g. water or humidity, into conductor or cable
- H01B7/2825—Preventing penetration of fluid, e.g. water or humidity, into conductor or cable using a water impermeable sheath
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
本发明公开了一种监测结构局部大变形的智能光电复合缆及监测方法，智能光电复合缆包括硅橡胶作为粘结和填充介质将光纤和同轴电缆两种传感探头复合到一起，通过预先定制应变测量标距，形成能够协同工作的分布式传感装置；通过传输缆将各类应变与温度传感探头分别连接至ROTDR、FBG、BOTDA/R、和CCFPI解调仪，得到温度补偿修正后应变传感阵列的应变数据，实现结构局部大变形全过程监测。本发明针对目前测试手段难以跟踪结构局部大变形过程损伤信息，考虑采用智能光电复合缆解决兼具微观高精度与宏观大应变测试的瓶颈问题，其中首次将分布式光纤传感技术和分布式同轴电缆传感技术合二为一构建智能监测系统。
Description
技术领域
本发明属于结构健康监测与现代检测技术领域，涉及一种监测结构局部大变形的智能光电复合缆及监测方法。
背景技术
结构局部大变形(主要表现为结构的局部化大应变)是结构失效破坏的重要原因，其性态往往表现为强非线性(几何或材料非线性)和强耦合效应。结构局部大变形的全历程测试可为科学认识失效机理、结构性态设计与安全状态评估提供技术支持。
结构的整体性态监测一般采用速度、加速度计等位移类传感器件。当材料或构件局部进入非线性大变形阶段，仅依靠位移监测数据，难以正确反映实际损伤状态；另外，“点”式位移类传感器难以有效覆盖随机性损伤信息，结构健康监测领域亟需大覆盖范围、空间连续、高精度分布式的感知元件。针对上述难题，分布式感知技术成为近年来研究热点。研究者借助瑞利、布里渊和拉曼散射特性，通过在线缆中输入脉冲信号，分析其反射(或透射)信号，使得原有的传输线缆全长均可成为具有一定空间分辨率的传感线缆，可以方便地获得结构应变、温度等物理量的分布信息。然而，结构局部大变形产生的应变可达10％以上，远远超出了玻璃光纤的变形能力，同时易发生剪切脆断，即使通过材料复合或依据应变传递分析调整封装，其应变量程很难超过2万微应变。虽然塑料光纤展现了很好的高延性和大应变特征，最大可达15％左右，但商业化的塑料光纤主要是多模光纤，色散和多模干涉制约了该技术的分布式感知能力。此外，还有人借助高延性同轴电缆的电时域反射技术初步实现了结构局部裂纹的实时监测(一种基于同轴电缆的分布式裂纹传感器，申请号：201110027121.1)，但该种方法的损伤敏感性、分布式测试与复用能力有待验证。
考虑到结构局部性态(应力状态或损伤)的时空特征随着荷载作用和损伤演化过程的变化而不断变化，并在不连续点发生突变和内力重分布，这对传统定点监测方法和技术提出了挑战，目前尚缺乏结构局部大变形监测的合适手段。鉴于此，发展能够覆盖结构损伤全历程的分布式大应变感知元件，以覆盖损伤热点区域、记录过程信息，具有重要的科学价值与工程实践意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种监测结构局部大变形的智能光电复合缆及监测方法，该智能光电复合缆为分布式，具有微观高精度与宏观大应变测试能力，该监测方法能够记录结构局部大变形的过程信息。
本发明的技术方案为：
一种监测结构局部大变形的智能光电复合缆，该智能光电复合缆包括写入光栅的第一光纤1，由内导体2、绝缘层3和外导体4构成的同轴电缆，第二光纤5，硅橡胶6，端部保护7，传输光缆8和传输电缆9。
所述的硅橡胶6作为粘结与填充介质将第一光纤1、第二光纤5和同轴电缆包裹复合为同一根缆线，硅橡胶6形成硅橡胶封装层，硅橡胶封装层在端部多出一段包裹长度，包裹传输光缆8和传输电缆9，并在端部两侧一定区域上套入铜管，作为端部保护7，硅橡胶封装层厚度应小于1.5mm，以不降低传感器的应变传递效率为准，但应考虑到封装层的整体性和保护作用。第一光纤1和第二光纤5位于同轴电缆两侧，与同轴电缆保持一定间距平行布置，第一光纤1和第二光纤5与同轴电缆的间距应大于同轴电缆外径1.5倍，以两者变形不产生耦合影响为准，但应考虑到封装层的整体性和待测结构的横向尺寸。第一光纤1通过端部保护7和传输光缆8与光开关连接，第二光纤5通过端部保护7和传输光缆8与光开关连接，光开关连接各解调仪，同轴电缆通过端部保护7与传输电缆9连接至解调仪。
所述的硅橡胶5以室温固化的方式将传感用第一光纤1、第二光纤5与同轴电缆挤压定型为可协同工作的一根线缆，并形成具有防水性、耐腐蚀性、绝缘性以及抗剪切性良好的硅橡胶封装层。
所述的第一光纤1为一根可任意长的普通单模光纤上写入大量光纤光栅构成的光纤传感探头，光纤光栅为等间距布置，光纤光栅的写入数量应大于同等长度的所述的同轴电缆钻孔数目。所述的第二光纤5为一根可任意长的普通单模光纤构成的光纤传感探头，传感探头第二光纤5尾端露出的尾纤可熔接第一光纤1构成环路。
所述的同轴电缆为一根高延性预制同轴电缆法布里-珀罗传感探头，采用等间距钻孔法制作，所述的钻孔间距为0.2～1m；同轴电缆的钻孔数目应小于同等长度的所述的第一光纤1写入的光纤光栅数量。
一种采用上述智能光电复合缆监测结构局部大变形的监测方法，具体包括以下步骤：
第一步，预先设定第一光纤1、第二光纤5和同轴电缆的应变测量标距，并构建具有多级别测量标距的分布式监测系统：
第一光纤1经端部保护7、传输光缆8和光开关接入光纤布拉格光栅(FBG)解调仪，其中光纤光栅的应变测量标距以光栅串生产商提供为准，一般应小于0.02m；第二光纤5经端部保护7、传输光缆8和光开关接入布里渊光时域分析/反射(BOTDA/R)解调仪，光纤传感探头的应变测量标距由BOTDA/R解调仪设定的测试空间分辨率决定，应大于等于0.02m，小于0.2m，同时第二光纤5经端部保护7、传输光缆8和光开关接入拉曼光时域反射(ROTDR)解调仪；同轴电缆经端部保护7和传输电缆8接入同轴电缆法布里-伯罗(CCFPI)解调仪，同轴电缆传感探头的应变测量标距为其钻孔间距大于等于0.2m，小于1m。
第二步，采用内部预埋或表面固定的方式将智能光电复合缆布设于待测基体，通过与解调仪连接的中央处理器储存并处理智能光电复合缆监测和解调仪解调得到的应变数据。
第三步，通过ROTDR解调仪解调得到的温度分布对FBG解调仪解调得到的分布式应变数据进行温度补偿修正，修正后数据的突变处即为待测基体局部大变形的出现位置；
第四步，在结构局部大变形发展的早期阶段，将FBG和BOTDA/R解调仪解调得到且温度补偿修正后的分布式应变数据换算为变形量；
第五步，随着损伤演化导致结构局部劣化程度加剧，若第一光纤1和第二光纤5均未损坏，将FBG和BOTDA/R解调仪解调得到且温度补偿修正后的分布式应变数据换算为变形量；若第一光纤1损坏而第二光纤5未损坏，将BOTDA/R解调仪解调得到且温度补偿修正后的分布式应变数据换算为变形量；若第一光纤1和第二光纤5均损坏，将CCFPI解调仪解调得到的分布式应变数据作为损伤信息，此时由于应变变化剧烈可忽略同期温度变化的影响；实现结构局部大变形全历程监测。
工程结构失效是起始于材料底层，从材料中的孤立的空洞成核开始，形成微损伤，进而发展为宏观损伤，直至整个构件或结构破坏的跨尺度演化进程。过程监测对传感探头在损伤演化初期的高精度感知能力和损伤演化中、后期的大应变感知能力均有更加苛刻的要求。本发明考虑现有测试手段难以跟踪结构局部大变形过程损伤信息，采用智能光电复合缆解决兼具微观高精度与宏观大应变测试的瓶颈问题。本发明旨在综合局部高精度光纤传感技术和同轴电缆法布里-伯罗传感技术的优点，发挥光纤分布式传感探头对结构局部损伤的敏感性，以及同轴电缆传感探头的高延性的各自优势。目前，尚没有将分布式光纤传感技术和分布式同轴电缆传感技术合二为一构建智能传感系统的报道。
本发明的效果和益处是：本发明的分布式监测系统的主要创新部件为传感线缆，具有节约布设成本、传感传输线路简单以及可操作性强，特别适合大范围、长距离的实际工程，也适用于恶劣服役环境下结构损伤演化的监测与诊断，可为工程结构的快速预警、状态评估与破坏倒塌机制研究提供技术支持。
附图说明
图1是本发明的智能光电复合缆的三维示意图；
图2是本发明的智能光电复合缆的横截面示意图；
图3是本发明的智能光电复合缆测试示意图；
图中包括：1写入光栅的第一光纤；2内导体；3绝缘层；4外导体；5第二光纤；6硅橡胶；7端部保护；8传输光缆；9传输电缆。
具体实施方式
以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式：
(一)智能光电复合缆
本发明的智能光电复合缆主要结构如图1和图2所示。写入光栅的第一光纤1、第二光纤5以及由内导体2、绝缘层3和外导体4构成的同轴电缆通过室温固化硅橡胶6包裹复合，形成协同工作的分布式传感线缆。针对不同传感探头的功用，硅橡胶6的厚度需要着重考量：考虑应变传递分析，封装层平均厚度应小于1.5mm。
智能光电复合缆制作工艺的主要步骤为：首先，第一光纤1与第二光纤5剥落涂覆层并用酒精清洁；其次，采用钻孔法制作同轴电缆法布里-珀罗传感探头，将同轴电缆固定于便携式台钻的底座，钻头与同轴电缆垂直，选取恰当距离作为法布里-珀罗腔的长度(大于等于0.2m，小于1m)，控制同轴电缆轴向移动与钻头垂直移动距离，精确定制腔长和钻孔深度，在钻孔处形成周期性的阻抗不连续结构；最后，将硅橡胶材料、硅烷偶联剂、光纤传感探头和同轴电缆传感探头放入事先加工的横截面如图2的模具，挤压硅橡胶成型后，待36-48小时室温固化后脱模，具有多级别测量标距和温度自补偿能力的智能光电复合缆。
(二)监测方法
本发明通过具有多级别测量标距智能光电复合缆感知的应变数据实现结构局部大变形过程监测，如图3所示。内部预埋或表面固定的智能光电复合缆通过硅橡胶封装层与基体接触，经由端部保护7、传输光缆8、光开关和传输电缆9分别与ROTDR解调仪、FBG解调仪、BOTDA/R解调仪和CCFPI解调仪连接，构建分布式监测系统。
调节光开关使得第二光纤5通过传输光缆8与ROTDR解调仪连接，解调背向散射拉曼光信号，测得温度Ti：
式中h、c、Δγ和k为普朗克常数、真空中光速、偏移波数和波尔兹曼常数；Ti0、Ti分别为初始温度、测试温度值；R(Ti0)、R(Ti)分别为初始温度、测试温度所对应的反斯托克光与斯托克光的光强比。
调节光开关使得第一光纤1通过传输光缆8与FBG解调仪连接，解调光纤光栅中心波长变化，测得应变εi及温度变化ΔTi:
λi＝αεεi+αTΔTi+λi0 (2)
式中αε、αT分别为应变和温度灵敏度系数；λi、λi0分别光纤光栅中心波长和初始中心波长。
调节光开关使得第二光纤5通过传输光缆8与BOTDA/R解调仪连接，解调受激/背向布里渊散射光频率变化，测得应变εi及温度变化ΔTi:
VBi＝Cεεi+CTΔTi+VBi,0 (3)
式中Cε、CT分别为应变和温度灵敏度系数；VBi、VBi,0分别为布里渊散射光频率和初始里渊散射光频率。
同轴电缆法布里-泊罗传感探头通过传输电缆9与CCFPI解调仪连接，解调第N阶谐振频率变化，测得应变εi及温度变化ΔTi:
式中fN为第N阶初始谐振频率；Er为导体材料介电常数；Peff为绝缘层材料的相对Pockels系数；αTD、αCTE分别为导体材料热膨胀系数和介电常数的热效应系数。
根据式(1)通过ROTDR解调仪解调得到的温度分布对根据式(2)FBG解调仪解调得到的分布式应变数据进行温度补偿修正，修正后数据的突变处即为待测基体局部大变形的出现位置；
在结构局部大变形发展的早期阶段，根据式(2)、(3)将FBG和BOTDA/R解调仪解调得到且根据式(1)温度补偿修正后的分布式应变数据换算为变形量；随着损伤演化导致结构局部劣化程度加剧，若第一光纤1和第二光纤5均未损坏，根据式(2)、(3)将FBG和BOTDA/R解调仪解调得到且根据式(1)温度补偿修正后的分布式应变数据换算为变形量；若第一光纤1损坏而第二光纤5未损坏，根据式(3)将BOTDA/R解调仪解调得到且根据式(1)温度补偿修正后的分布式应变数据换算为变形量；若第一光纤1和第二光纤5均损坏，根据式(4)采用CCFPI解调仪解调得到的分布式应变数据作为损伤信息，此时由于应变变化剧烈可忽略同期温度变化的影响。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而应当指出，本技术领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明技术方案的前提下还可以做具体地改进，其均应视为本发明的涵盖与保护范围。
Claims (8)
1.一种监测结构局部大变形的智能光电复合缆，其特征在于，该智能光电复合缆包括写入光栅的第一光纤(1)，由内导体(2)、绝缘层(3)和外导体(4)构成的同轴电缆，第二光纤(5)，硅橡胶(6)，端部保护(7)，传输光缆(8)和传输电缆(9)；
所述的硅橡胶(6)以室温固化的方式将第一光纤(1)、第二光纤(5)和同轴电缆挤压定型为同一根缆线，硅橡胶(6)形成硅橡胶封装层，硅橡胶封装层的端部多出一段长度，包裹传输光缆(8)和传输电缆(9)，在端部两侧套入铜管作为端部保护(7)；第一光纤(1)和第二光纤(5)位于同轴电缆两侧，与同轴电缆保持一定间距平行布置，所述的间距大于同轴电缆外径1.5倍；第一光纤(1)和第二光纤(5)都通过端部保护(7)、传输光缆(8)与光开关连接，光开关连接各解调仪，同轴电缆通过端部保护(7)和传输电缆(9)连接解调仪。
2.根据权利要求1所述的一种监测结构局部大变形的智能光电复合缆，其特征在于，所述的第一光纤(1)为在单模光纤上写入等间距布置的光栅构成的光纤传感探头，光栅的写入数量大于同等长度的所述的同轴电缆的钻孔数目；所述的第二光纤(5)为由任意长普通单模光纤构成的光纤传感探头，传感探头第二光纤(5)尾端露出的尾纤能够熔接第一光纤(1)构成环路。
3.根据权利要求1或2所述的一种监测结构局部大变形的智能光电复合缆，其特征在于，所述同轴电缆为高延性预制的同轴电缆法布里-珀罗传感探头，采用等间距钻孔法制作，钻孔间距为0.2～1m。
4.根据权利要求1或2所述的一种监测结构局部大变形的智能光电复合缆，其特征在于，所述的硅橡胶封装层厚度小于1.5mm，硅橡胶封装层具有防水性、耐腐蚀性、绝缘性和抗剪切性。
5.根据权利要求3所述的一种监测结构局部大变形的智能光电复合缆，其特征在于，所述的硅橡胶封装层厚度小于1.5mm，硅橡胶封装层具有防水性、耐腐蚀性、绝缘性和抗剪切性。
6.采用权利要求1或2或5所述的智能光电复合缆监测结构局部大变形的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，预先设定第一光纤(1)、第二光纤(5)和同轴电缆的应变测量标距，并构建具有多级别测量标距的分布式监测系统：
第一光纤(1)由光开关接入光纤布拉格光栅FBG解调仪，所述的光栅的应变测量标距小于0.02m；第二光纤(5)由光开关接入布里渊光时域分析/反射BOTDA/R解调仪，光纤传感探头的应变测量标距大于等于0.02m，小于0.2m，同时第二光纤(5)经光开关接入拉曼光时域反射ROTDR解调仪；同轴电缆经端部保护(7)和传输电缆(8)接入同轴电缆法布里-伯罗CCFPI解调仪，同轴电缆传感探头的应变测量标距为其钻孔间距；
第二步，采用内部预埋或表面固定的方式将智能光电复合缆布设于待测基体，通过与解调仪连接的中央处理器储存并处理智能光电复合缆监测和解调仪解调得到的应变数据；
第三步，通过ROTDR解调仪解调得到的温度分布对FBG解调仪解调得到的分布式应变数据进行温度补偿修正，修正后数据的突变处即为待测基体局部大变形的出现位置；
第四步，在结构局部大变形发展早期阶段，将FBG和BOTDA/R解调仪解调得到且温度补偿修正后的分布式应变数据换算为变形量；
第五步，随结构局部劣化程度加剧，若两根光纤均未损坏，将FBG和BOTDA/R解调仪解调得到且温度补偿修正后的分布式应变数据换算为变形量；若只有其中一根光纤损坏，将BOTDA/R解调仪解调得到且温度补偿修正后的分布式应变数据换算为变形量；若两根光纤均损坏，将CCFPI解调仪解调得到的分布式应变数据作为损伤信息，忽略同期温度变化的影响；实现结构局部大变形全历程监测。
7.采用权利要求3所述的智能光电复合缆监测结构局部大变形的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，预先设定第一光纤(1)、第二光纤(5)和同轴电缆的应变测量标距，并构建具有多级别测量标距的分布式监测系统：
第一光纤(1)由光开关接入光纤布拉格光栅FBG解调仪，所述的光栅的应变测量标距小于0.02m；第二光纤(5)由光开关接入布里渊光时域分析/反射BOTDA/R解调仪，光纤传感探头的应变测量标距大于等于0.02m，小于0.2m，同时第二光纤(5)经光开关接入拉曼光时域反射ROTDR解调仪；同轴电缆经端部保护(7)和传输电缆(8)接入同轴电缆法布里-伯罗CCFPI解调仪，同轴电缆传感探头的应变测量标距为其钻孔间距；
第二步，采用内部预埋或表面固定的方式将智能光电复合缆布设于待测基体，通过与解调仪连接的中央处理器储存并处理智能光电复合缆监测和解调仪解调得到的应变数据；
第三步，通过ROTDR解调仪解调得到的温度分布对FBG解调仪解调得到的分布式应变数据进行温度补偿修正，修正后数据的突变处即为待测基体局部大变形的出现位置；
第四步，在结构局部大变形发展早期阶段，将FBG和BOTDA/R解调仪解调得到且温度补偿修正后的分布式应变数据换算为变形量；
第五步，随结构局部劣化程度加剧，若两根光纤均未损坏，将FBG和BOTDA/R解调仪解调得到且温度补偿修正后的分布式应变数据换算为变形量；若只有其中一根光纤损坏，将BOTDA/R解调仪解调得到且温度补偿修正后的分布式应变数据换算为变形量；若两根光纤均损坏，将CCFPI解调仪解调得到的分布式应变数据作为损伤信息，忽略同期温度变化的影响；实现结构局部大变形全历程监测。
8.采用权利要求4所述的智能光电复合缆监测结构局部大变形的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，预先设定第一光纤(1)、第二光纤(5)和同轴电缆的应变测量标距，并构建具有多级别测量标距的分布式监测系统：
第一光纤(1)由光开关接入光纤布拉格光栅FBG解调仪，所述的光栅的应变测量标距小于0.02m；第二光纤(5)由光开关接入布里渊光时域分析/反射BOTDA/R解调仪，光纤传感探头的应变测量标距大于等于0.02m，小于0.2m，同时第二光纤(5)经光开关接入拉曼光时域反射ROTDR解调仪；同轴电缆经端部保护(7)和传输电缆(8)接入同轴电缆法布里-伯罗CCFPI解调仪，同轴电缆传感探头的应变测量标距为其钻孔间距；
第二步，采用内部预埋或表面固定的方式将智能光电复合缆布设于待测基体，通过与解调仪连接的中央处理器储存并处理智能光电复合缆监测和解调仪解调得到的应变数据；
第三步，通过ROTDR解调仪解调得到的温度分布对FBG解调仪解调得到的分布式应变数据进行温度补偿修正，修正后数据的突变处即为待测基体局部大变形的出现位置；
第四步，在结构局部大变形发展早期阶段，将FBG和BOTDA/R解调仪解调得到且温度补偿修正后的分布式应变数据换算为变形量；
第五步，随结构局部劣化程度加剧，若两根光纤均未损坏，将FBG和BOTDA/R解调仪解调得到且温度补偿修正后的分布式应变数据换算为变形量；若只有其中一根光纤损坏，将BOTDA/R解调仪解调得到且温度补偿修正后的分布式应变数据换算为变形量；若两根光纤均损坏，将CCFPI解调仪解调得到的分布式应变数据作为损伤信息，忽略同期温度变化的影响；实现结构局部大变形全历程监测。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610113120.1A CN105788749B (zh) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | 一种监测结构局部大变形的智能光电复合缆及监测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610113120.1A CN105788749B (zh) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | 一种监测结构局部大变形的智能光电复合缆及监测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105788749A CN105788749A (zh) | 2016-07-20 |
| CN105788749B true CN105788749B (zh) | 2017-05-24 |
Family
ID=56386817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610113120.1A Expired - Fee Related CN105788749B (zh) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | 一种监测结构局部大变形的智能光电复合缆及监测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105788749B (zh) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106370121B (zh) * | 2016-08-15 | 2019-03-22 | 沈阳建筑大学 | 夹持式光纤光栅的基体应变修正方法 |
| CN106885529A (zh) * | 2017-04-26 | 2017-06-23 | 大连理工大学 | 一种长距离分布式光纤空间姿态监测传感器及工程实现方法 |
| CN107121227A (zh) * | 2017-06-21 | 2017-09-01 | 大连理工大学 | 基于同轴电缆法布里‑珀罗干涉传感的智能钢绞线、制备方法及其监测方法 |
| WO2019028943A1 (zh) * | 2017-08-08 | 2019-02-14 | 江苏弘开传感科技有限公司 | 一种微波谐振腔的腔长测量装置、传感器 |
| CN109827676B (zh) * | 2017-11-23 | 2021-06-08 | 桂林电子科技大学 | 单模异质光纤级联的应变阵列传感器 |
| CN109935398B (zh) * | 2019-03-28 | 2024-02-27 | 湖南华菱线缆股份有限公司 | 一种接口自检测高强度超薄抗弯曲胶带电线电缆 |
| CN111174934B (zh) * | 2020-01-08 | 2022-10-11 | 兰州大学 | 复合结构界面损伤劣化过程的光纤监测方法 |
| CN111043531B (zh) * | 2020-01-08 | 2022-07-05 | 兰州大学 | 海管结构损伤在线诊断的智能光纤环皮监测方法 |
| CN111504218A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-08-07 | 兰州大学 | 一种准分布式光纤光栅传感器用于监测海管结构大变形的方法 |
| CN115127513B (zh) * | 2022-06-30 | 2024-02-02 | 兰州大学 | 联合分布式光纤传感技术和参数反演分析的长距离路面结构沉降监测方法 |
| CN116447994B (zh) * | 2023-04-07 | 2024-06-11 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种涂层固化过程中应变分布的测量方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2325943B1 (es) * | 2007-12-17 | 2010-06-01 | Nordix, S.A | Cable hibrido siames de acometida segregable. |
| CN102140796B (zh) * | 2010-12-24 | 2013-01-30 | 大连理工大学 | 一种纤维增强塑料智能锚杆 |
| CN102175723A (zh) * | 2011-01-18 | 2011-09-07 | 大连理工大学 | 一种基于同轴电缆的分布式裂纹传感器 |
-
2016
- 2016-02-29 CN CN201610113120.1A patent/CN105788749B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105788749A (zh) | 2016-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105788749B (zh) | 一种监测结构局部大变形的智能光电复合缆及监测方法 | |
| CN101278177B (zh) | 传感器及使用该传感器的干扰测定方法 | |
| US10712149B2 (en) | Fiber optic cable for measuring pressure, temperature, and strain distributions | |
| JP5980419B2 (ja) | 光ファイバケーブル、光ファイバケーブルの製造方法、および分布型測定システム | |
| Yang et al. | Simultaneous measurement of tilt angle and temperature with pendulum-based fiber Bragg grating sensor | |
| CN111456716B (zh) | 基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统及监测方法 | |
| CN207147667U (zh) | 一种碳纤维预浸料封装的回形带状传感器 | |
| US10739169B2 (en) | Flat profile optical fiber cable for distributed sensing applications | |
| CN102121860A (zh) | 波纹膜片式管外压力传感器和油水井套管外压力监测装置及方法 | |
| CN104121946A (zh) | 一种基于光纤传感技术的智能套管监测系统 | |
| CN105371785B (zh) | 一种曲率测量方法 | |
| US20140285793A1 (en) | Distributed strain and temperature sensing system | |
| CN102023061A (zh) | 双通道布里渊光纤光缆传感器 | |
| CN112504306A (zh) | 密绕光纤型超敏油井传感光缆 | |
| Liu et al. | Research on the methodology of development and calibration of flexible encapsulated fiber Bragg grating sensors | |
| Zhou et al. | Fiber-reinforced polymer-packaged optical fiber sensors based on Brillouin optical time-domain analysis | |
| Du et al. | Optical fiber sensing and structural health monitoring technology | |
| CN212454396U (zh) | 基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统 | |
| Inaudi et al. | Integration of distributed strain and temperature sensors in composite coiled tubing | |
| CN207074097U (zh) | 一种围岩三维扰动应力场的监测装置及监测系统 | |
| CN110696179A (zh) | 混凝土传感光纤的铺设方法 | |
| Wang et al. | Experimental study on strain of SFRC tunnel lining segments using a comprehensive embedded optical fiber sensing system | |
| CN202690034U (zh) | 井下温度与压力的光纤监测系统 | |
| CN112378556A (zh) | 一种基于光纤传感的顶管管节内壁混凝土应力监测方法 | |
| CN202836520U (zh) | 道路结构多层介质全尺度监测的光纤传感装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170524 Termination date: 20210228 |