CN109579722A - 一种长量程分布式光纤的定位标定器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无损检测技术领域，更具体地，涉及一种长量程分布式光纤的定位标定器。包括支撑腿、固定设置在支撑腿上端的第一合板、滑动设置于支撑腿中部的第二合板和滑动设置于支撑腿下端的第三合板，所述的第一合板上设有夹持机构，所述的第二合板和第三合板之间设有距离调节机构，所述的第二合板上设有用于固定分布式光纤的固定机构。可方便对分布式光纤的应变拉伸进行测量和拉伸。

Description

一种长量程分布式光纤的定位标定器

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，更具体地，涉及一种长量程分布式光纤的定位标定器。

背景技术

分布式光纤传感器作为新兴的检测方法，在混凝土结构健康监测方面得到非常广泛的应用。业内对于分布式光纤传感器的监测要求已经从简单的定性研究逐步扩展到精确的定量研究，这就需要采用各种方法降低误差，提高分布式光纤传感器监测的信噪比，由复杂的频谱图分析诊断出结构的病害。

根据行业内普遍认识，使用分布式光纤监测结构，需经过定位、确定病害区、确定病害种类和确定病害程度。由于使用分布式光纤监测大型结构时，分布式光纤总长过长且经过多次剪接，导致难以获取准确定位信息，因此，需要采用可靠准确的应变定位仪；在经过精确定位后，根据计算结果，确定病害的主要发生区，并初步判断有可能的病害种类；再根据已知条件对信号进行排查，筛选有效信息。

由于不同地区厂家生产的分布式光纤在应变系数上具有不可忽视的差异性，因此在开展试验之前，需要现场对分布式光纤进行应变系数标定完成后，才能进行下一步的试验研究。但是，国内通常采用较为粗糙的拉伸方式，如用手拉或者悬挂重物，业内尚缺少对这种标定方式的规范统一，这对试验的结果造成了显著地影响，也制约了分布式光纤传感器在监测结构健康方面的应用发展。

在大型结构区，会对分布式光纤的频移造成可见影响的外部因素基本包括应变、温度、裂缝和渗流四种，这四种不同的病害通过使用单调的频移增减表示。根据现有研究可知，结构病害中对光纤频移影响最大的为应变，而最容易精确推断的项是温度，因此，应采用温度——应变——裂缝——渗流的顺序对频谱数据进行解析。先通过一定密度的温度监测点确定结构体温度场，可控制住温度变量；在频谱变化较大区域，关注小范围内频率突变变化，考虑裂缝存在；若裂缝发展趋势不规律，且结构存在发生渗流的可能时，考虑渗流出现于部分裂缝处。

使用光纤监测结构应遵循光纤自身的分布性，但实际应用时仍可以在分布式光纤的基础上采用点式与分布式结合的方式，使数据更为全面。

分布式光纤的应变标定存在一系列不可避免的难题。如分布式光纤的固定需要格外小心，由于局部应力较大可能导致信噪比降低，对标定结果造成影响；分布式光纤的应变拉伸难以做到均匀且精确计算，在标定的时候光纤的具体拉伸长度很难衡量；难以调节不同长度的分布式光纤进行测试，进行对比试验的时候操作过于繁琐；难以克服宏弯效应及温度对光纤的影响；所涉及拉伸试验机过于复杂、操作困难。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种长量程分布式光纤的定位标定器，可方便对分布式光纤的应变拉伸进行测量和拉伸。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种长量程分布式光纤的定位标定器，包括支撑腿、固定设置在支撑腿上端的第一合板、滑动设置于支撑腿中部的第二合板和滑动设置于支撑腿下端的第三合板，所述的第一合板上设有夹持机构，所述的第二合板和第三合板之间设有距离调节机构，所述的第二合板上设有用于固定分布式光纤的固定机构。

在本装置中，首先将分布式光纤用夹持机构将其头部夹紧，分布式光纤自然向下垂落，分布式光纤拉伸段置于第二合板和第三合板之间，工作人员调整第二合板的初始位置将光纤的拉伸段与第三合板固定。工作人员将拉伸段与分布式光纤解调仪进行连接，逐渐调整距离调节机构，调节第二合板和第三合板之间的距离，从而实现对分布式光纤的拉伸，保证分布式光纤拉伸均匀，待稳定后即可进行采集，从而实现应变系数标定。

进一步的，所述的夹持机构包括第一夹板和第二夹板，所述的第一夹板和第二夹板通过调节螺栓连接。将分布式光纤的头部放置在第一夹板和第二夹板之间，通过旋紧调节螺栓使第一夹板和第二夹板靠近夹紧分布式光纤，这种夹持机构可根据需要对夹紧力度进行调整。

进一步的，所述的距离调节机构为设置在第二合板和第三合板之间的若干个长螺栓。具体的，距离调节机构以第二合板或第三合板的中心，呈中心对称分布的4个长螺栓，在进行调节第二合板和第三合板之间的距离的时候，分别将调整4个长螺栓，将第二合板调平，保证分布式光纤拉伸段受到的拉力做到均匀，另外，通过长螺栓转动调节，可以保证调整稳定均匀，且对拉伸长度进行精准调控。

进一步的，所述的长螺栓头部设有旋转把手。通过旋转把手工作人员可更加方便地对长螺栓进行操作调节。

进一步的，所述的支撑腿上端设有若干销孔，所述的插孔插入插销，所述的第一合板和第三合板承托于插销上。工作人员可根据测试的分布式光纤的长度调整第一合板和第三合板的位置，从而适应不同长度的分布式光纤进行测试。

进一步的，相邻所述的销孔之间间距8cm-15cm，优选为10cm。

进一步的，所述的支撑腿上设有刻度。通过支撑腿上的刻度可以精准地调节第二合板和第三合板之间的间距，从而可以实现精准地对拉伸段长度进行控制。

进一步的，所述的支撑腿底部设有支撑机构。通过支撑机构可以让整个装置更加平稳地放置。

进一步的，所述的支撑机构为4个向外翘曲设置的弯腿。

进一步的，所述的第二合板的四边中部设有砝码十字标定刻度。当需要进行预拉的时候，工作人员可在十字标定刻度处放置合适重量的砝码为分布式光纤提供预拉拉力。

与现有技术相比，有益效果是：通过本装置可方便对分布式光纤的应变拉伸进行测量和计算，可避免传统方法测量出现宏弯效应及温度对光纤的影响。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明中夹持机构的结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1：

如图1、2所示，一种长量程分布式光纤的定位标定器，包括支撑腿4、第一合板1、第二合板2和第三合板3，在支撑腿4上设置有若干个插孔，相邻的插孔之间的距离为8cm-15cm，具体的，自支撑腿4顶部开始每隔10cm开设一个插孔，连续开设三个，自支撑腿4底部20cm向上每隔10cm开设一个插孔，连续开设三个。在插孔内插入插销，第一合板1和第三合板3通过插销进行承托固定，第一合板1设置在支撑腿4的上端，第二合板2设置在支撑腿4的下端，支撑腿4穿过第二合板2，第二合板2设置在第一合板1和第二合板2之间，并可沿支撑腿4方向上下滑动。

在本实施例中，第二合板2和第三合板3之间设置了距离调节机构，具体的，距离调节机构为设置于第二合板2和第三合板3之间的4个长螺栓5，均以第二合板2或第三合板3的中心，呈中心对称分布设置。长螺栓5穿过第三合板3并与第三合板3螺纹配合，长螺栓5的头部与第二合板2接触。其中，为了方便对长螺栓5进行调节操作，在长螺栓5的头部设置了旋转把手51。

在第一合板1上设置了夹持机构6，夹持机构6包括第一夹板61和第二夹板62，所述的第一夹板61和第二夹板62通过调节螺栓连接。将分布式光纤的头部放置在第一夹板61和第二夹板62之间，通过旋紧调节螺栓使第一夹板61和第二夹板62靠近夹紧分布式光纤，这种夹持机构6可根据需要对夹紧力度进行调整。

在本装置中，为了可以精准地截取分布式光纤所需测试的长度，在支撑腿4上设置了刻度，工作人员可根据刻度精准地调整第二合板2和第三合板3之间的距离截取所需的测试长度。以调整不同长度的分布式光纤进行测试。

在本实施例中，第二合板2的四边中部设有砝码十字标定刻度。当需要进行预拉的时候，工作人员可在十字标定刻度处放置合适重量的砝码为分布式光纤提供预拉拉力。

本装置的具体使用流程如下：

首先将分布式光纤的头部利用夹持机构6进行夹紧，工作人员根据分布式光纤的长度调整插销位置，分布式光纤拉伸段置于第二合板2和第三合板3之间，在测试前，工作人员根据支撑腿4上的刻度对第二合板2和第三合板3之间的距离进行调节，调节至合适长度时，将分布式光纤的末端与第三合板3固定。若需要进行预拉力时，可在十字标定刻度处放置合适重量的砝码为分布式光纤提供预拉拉力。工作人员将拉伸段与分布式光纤解调仪进行连接，逐渐调整距离调节机构，调节第二合板2和第三合板3之间的距离，从而实现对分布式光纤的拉伸，保证分布式光纤拉伸均匀，待稳定后即可进行采集，从而实现应变系数标定。

通过使用本装置可以均匀地对分布式光纤进行拉伸并做到精确计算，通过刻度的设置可以方便在标定的时候对光纤的具体拉伸长度进行衡量，通过插销承托合板的设置可以方便调节以适应不同长度的分布式光纤进行测试。相对于现有对分布式光纤的测试手段，使用本装置操作简单，且能够克服宏弯效应及温度对光纤的影响。

下面以具体例子进行说明：

当测试要求是需要1kg拉力预拉，标距为1m时，在夹紧分布式光纤头部后将第二合板2和第三合板3之间的距离，通过4个长螺栓5调平，保证分布式光纤的拉伸段长度为1m，工作人员将拉伸段与分布式光纤解调仪进行连接，逐渐等距下调第三合板3上的四个长螺栓5，通过水平仪调节至平衡后，稳定1min并进行采集，采集后的数据在解调仪上进行展示，在解调仪所展示的频谱图寻找较为平坦的应变点，以波峰中点与应变段0.5m处对应，定位结构上光纤与频谱图对应位置，最后对应变系数标定进行计算，根据螺栓的螺距，每次旋转一定距离并将合板调平，10次以上后，计算光纤应变与频移比值的平均值，并根据计算结果，代入下式计算：

式中：——传感光纤的布里渊频移量，MHz；

——传感光纤的布里渊频率应变系数；

——作用于传感光纤z离入射端面的距离处的应变变化。

经多次试验，确定0.9毫米聚氯乙烯单模紧套光纤布里渊频移——应变传感系数为。

实施例2：

本实施例与实施例1相似，不同之处在于，在本实施例中，在支撑腿4底部设置有支撑机构，其中支撑机构为4个向外翘曲设置的弯腿7，通过支撑机构可以使整个装置更加平稳地放置。另外，支撑机构还能是设置在底部的矩形板，为了进一步的提高装置的稳定性，在本实施例中，在支撑机构上放置重物使装置重心下移，整个装置更加稳定。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种长量程分布式光纤的定位标定器，其特征在于，包括支撑腿（4）、固定设置在支撑腿（4）上端的第一合板（1）、滑动设置于支撑腿（4）中部的第二合板（2）和固定设置于支撑腿（4）下端的第三合板（3），所述的第一合板（1）上设有夹持机构（6），所述的第二合板（2）和第三合板（3）之间设有距离调节机构。

2.根据权利要求1所述的一种长量程分布式光纤的定位标定器，其特征在于，所述的夹持机构（6）包括第一夹板（61）和第二夹板（62），所述的第一夹板（61）和第二夹板（62）通过调节螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的一种长量程分布式光纤的定位标定器，其特征在于，所述的距离调节机构为设置在第二合板（2）和第三合板（3）之间的若干个长螺栓（5）。

4.根据权利要求3所述的一种长量程分布式光纤的定位标定器，其特征在于，所述的长螺栓（5）头部设有旋转把手（51）。

5.根据权利要求1所述的一种长量程分布式光纤的定位标定器，其特征在于，所述的支撑腿（4）上端设有若干销孔，所述的插孔插入插销，所述的第一合板（1）和第三合板（3）承托于插销上。

6.根据权利要求5所述的一种长量程分布式光纤的定位标定器，其特征在于，相邻所述的销孔之间间距8cm-15cm。

7.根据权利要求1所述的一种长量程分布式光纤的定位标定器，其特征在于， 所述的支撑腿（4）上设有刻度。

8.根据权利要求1所述的一种长量程分布式光纤的定位标定器，其特征在于，所述的支撑腿（4）底部设有支撑机构。

9.根据权利要求8所述的一种长量程分布式光纤的定位标定器，其特征在于，所述的支撑机构为4个向外翘曲设置的弯腿（7）。

10.根据权利要求1所述的一种长量程分布式光纤的定位标定器，其特征在于，所述的第二合板（2）的四边中部设有砝码十字标定刻度。