CN108562238A - 一种用于大坝安全监测的正三角形低反射率fbg装置 - Google Patents

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CN108562238A CN201810389141.5A CN201810389141A CN108562238A CN 108562238 A CN108562238 A CN 108562238A CN 201810389141 A CN201810389141 A CN 201810389141A CN 108562238 A CN108562238 A CN 108562238A
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刘月明
姜辉
徐程
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China Jiliang University
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    • 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

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Abstract

本发明是一种用于大坝安全监测的正三角形低反射率FBG装置，属于光纤传感器技术领域。装置包括：如图1，1宽带光源、2光纤、3波长为λ1的FBG、4波长为λ2的FBG、5波长为λ5的FBG、6用于固定正三角形FBG结构高弹性长方形框架、7安装槽、8光时域反射信号解调模块。FBG的光栅周期为0.4μm‑1.1μm，光栅的反射率为1％，长方形框架长度为40mm，宽度为35mm。将3个不同波长的FBG相互串联固定在有安装槽的长方形的框架内，安装槽宽度为0.4mm，深度为2mm，FBG需要进行预拉伸。在FBG固定在安装槽里之后，需要用聚合物胶将安装槽填充。将这种结构用光纤串联起来，组成一个串联光纤网络，然后将器件安装在大坝中，使用光时域反射方法定位解调各个单元的信号，确定大坝的安全状况。

Description

一种用于大坝安全监测的正三角形低反射率FBG装置
技术领域
本发明涉及一种光纤传感技术领域，尤其涉及一种用于大坝安全监测的正三角形低反射率FBG装置。
技术背景
建设水库大坝的投资大、但效益高，在国家发展战略布局有着举足轻重的地位。但是，大坝作为拦蓄水库巨大能量的建筑物，通常建造在复杂的水文和工程地质环境中，不但要承受着巨大的水压载荷，还会受到地震的冲击，随着大坝年龄增长及各种环境因素的综合影响会导致大坝安全度和防灾标准的降低，出现材料老化、基础渗漏、坝体结构衰减等问题，一旦出现安全事故，其后果是无法计量的。因此，大坝远程监控显得尤为必要。
目前，很多大坝监侧系统采用的是电测传感系统，这种测量方法一般在监测部位上外粘电阻应变片来进行检测。但由于导线在环境湿度太大时可能引起短路而发生事故，使用场合受环境的限制；同时这些监测系统由于普通存在抗干扰能力弱、长期稳定性差、相对误差、零漂和动漆较大等缺点而很难满足实际需要。
光纤光栅传感技术的引入极大地改进了这一现状，它具有耐腐蚀、防水、抗电磁干扰和易与通信网并联等优点，并具有集成化、网络化的特点，可广泛应用于实时在线监测工程结构的应力、应变、温度、结构突变、裂缝、整体性等参数监侧，可满足水库大坝监侧的商精度、远距离、分布式和长期性的技术要求，是解决目前电传感器所存在问题的关键传感技术。
本发明就能符合此技术要求。为了能精确监测大坝的安全状况，本发明将三个不同波长的FBG彼此串联成正三角形固定在高弹性的长方形框架内，多个该结构用光纤连接起来安装在大坝内，技术人员将整个器件的每个结构距离光时域反射信号解调模块的距离测好，当大坝发生应变，根据反射回来的特征波长以及反射时间就能知道大坝某个具体位置发生应变，从而让相关人员及早的采取措施，将损失减少到最小。
发明内容
本发明的目的在于针对目前大坝安全监测的需要，设计出一种正三角形低反射率FBG装置。
本发明采用的技术方案如下：包括1宽带光源、2光纤、3波长为λ1的FBG、4波长为λ2的FBG、5波长为λ5的FBG、6用于固定正三角形FBG结构高弹性长方形框架、7安装槽、8光时域反射信号解调模块，如图1所示。
将波长为λ1、λ2、λ3的FBG串联呈正三角形且是在预拉状态下固定在高弹性长方形框架内，光纤光栅周期为0.4μm-1.1μm，长方形框架长度为40mm，宽度为35mm，。
所述的FBG是低反射率的FBG，一般FBG的反射率在85%左右，光信号经过多个FBG后会有很大的衰减，会造成监测不精确。而本发明采用的低反射率的FBG，反射率在1%左右，就能很好的解决这个问题。
所述的用于固定正三角形FBG结构高弹性长方形框架特征在于：其材料采用不锈钢或高弹性耐腐蚀合金材料。
所述的一种用于大坝安全监测的正三角形低反射率FBG装置，其特征在于：由若干个正三角形FBG结构组成一个串联光纤网络，使用光时域反射方法定位解调各个单元的信号。
附图说明
图1是一种用于大坝安全监测的正三角形低反射率FBG装置。1宽带光源、2光纤、3波长为λ1的FBG、4波长为λ2的FBG、5波长为λ5的FBG、6用于固定正三角形FBG结构高弹性长方形框架、7安装槽、8光时域反射信号解调模块。
图2是一种用于大坝安全监测的正三角形低反射率FBG装置中的长方形结构细节图。
具体实施方式
图1、图2中，本发明采用的技术方案：一种用于大坝安全监测的正三角形低反射率FBG装置，包括：1宽带光源、2光纤、3波长为λ1的FBG、4波长为λ2的FBG、5波长为λ5的FBG、6用于固定正三角形FBG结构高弹性长方形框架、7安装槽、8光时域反射信号解调模块。
所述的1宽带光源，可以输出λ0~λn波长的光，通过FBG反射特征波长值的平移量Δλ可以测出含有3个不同波长FBG长方形框架的应变情况，从而监测大坝的安全状况。
所述的3-5波长为λ1、λ2、λ3的FBG，有低反射率的特点，一般FBG的反射率在85%左右，光信号经过多个FBG后会有很大的衰减，会造成监测不精确。而本发明采用的低反射率的FBG，反射率在1%左右，就能很好的解决这个问题。
所述的用于固定正三角形FBG结构高弹性长方形框架，材料采用不锈钢或高弹性耐腐蚀合金材料。
所述的7安装槽，其宽度为0.4mm，深度为2mm，采用聚合物胶将三个不同波长的FBG相互串联固定在安装槽上，FBG需要进行预拉伸，否则会造成测量结果不准确。在FBG固定在安装槽里之后，需要用聚合物胶将安装槽填充，以起到保护FBG的作用。
所述的8光时域反射信号解调模块，当装置安装到大坝中时，技术人员就已经将整个装置的每个结构距离光时域反射信号解调模块的距离已经测好，当大坝发生应变，根据反射回来的特征波长以及反射时间就能知道大坝某个具体位置发生应变，从而让相关人员及早的采取措施。
具体实施步骤如下：
步骤一：制作用于固定正三角形FBG结构高弹性长方形框架
根据不同地形、环境选择不锈钢、高弹性耐腐蚀合金材料，根据不同的需求制作相应的结构，并在框架上刻上宽度为0.4mm，深度为2mm的安装槽。
步骤二：固定FBG
采用聚合物胶将三个不同波长的FBG相互串联固定在步骤一刻的安装槽中。
步骤三：用聚合物胶填充安装槽
当FBG被固定在安装槽内，需要用聚合物胶将安装槽填充，以起到保护FBG的作用。
步骤四：将装置安装大坝中
将多个制作好的长方形结构用光纤串联，并连接宽带光源、光时域反射信号解调模块，然后将整个装置安装大坝中，并测出每个长方形结构距离光时域反射模块的距离。
本发明监测大坝应变原理：FBG用于微机械薄膜挠曲检测的原理示意图：当微机械薄膜发生微弯挠曲后，其上的FBG的光栅周期就会发生相应变化，从而造成由FBG反射回的特征波长发生移动，假设微弯挠曲导致的光栅周期变化为ΔΛ，则由λ=2Λ*neff可知，反射特征波长值的平移量Δλ可以表达为Δλ=2*ΔΛ*nef。用光时域反射信号解调模块测得此反射特征波长平移量Δλ，就可以确定待测器件弯挠曲量的大小。

Claims (3)

1.一种用于大坝安全监测的正三角形低反射率FBG装置，包括：宽带光源、光纤、正三角形FBG结构、用于固定正三角形FBG结构高弹性长方形框架、安装槽、光时域反射信号解调模块，其特征在于：所述正三角形FGB结构由三个波长为λ1、λ2、λ3的FBG构成，光纤光栅周期为0.4μm-1.1μm，光栅的反射率为1%，所述的高弹性长方形框架长度为40mm，宽度为35mm，3个不同波长的FBG彼此串联，呈正三角形且是在预拉状态下固定在高弹性长方形框架内。
2.根据权利要求1所述的一种用于大坝安全监测的正三角形低反射率FBG器件，其用于固定正三角形FBG结构高弹性长方形框架特征在于：其材料采用不锈钢或高弹性耐腐蚀合金材料。
3.根据权利要求1所述的一种用于大坝安全监测的正三角形低反射率FBG器件，其特征是：由若干个正三角形FBG结构组成一个串联光纤网络，使用光时域反射方法定位解调各个单元的信号。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109470163A (zh) * 2018-11-23 2019-03-15 山东航天电子技术研究所 一种用于航天器应变监测的大容量超高速光纤传感装置

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Application publication date: 20180921

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