專利名稱：一種基于otdr技術(shù)的裂縫監(jiān)測傳感器及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于OTDR技術(shù)的裂縫監(jiān)測傳感器及其使用方法，屬于光纖監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是通過在混凝土中埋設(shè)光纖，當(dāng)混凝土開裂時(shí)，光纖受到彎折，其彎曲半徑小于宏彎曲臨界半徑之后，便會(huì)產(chǎn)生菲涅爾反射與瑞利散射，光時(shí)域反射儀可以監(jiān)測到此時(shí)的光損耗。光纖線圈半徑即光纖的宏彎曲半徑不斷減小，且減小的數(shù)值與混凝土裂縫的開合度成一定關(guān)系。此時(shí)便可得到光損耗與混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部、外部裂縫開度之間的關(guān)系，以此來判斷混凝土結(jié)構(gòu)損傷程度。傳統(tǒng)的光纖傳感器有各自的局限性，有的只能應(yīng)用在結(jié)構(gòu)表面，有的可操作性不夠強(qiáng)，只能進(jìn)行點(diǎn)式監(jiān)測，有的抗干擾能力差，有的成本高、操作復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述問題的不足，提出一種能有效監(jiān)測混凝土裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展的裂縫監(jiān)測儀，此技術(shù)不僅抗干擾能力強(qiáng)、成本低廉、制作簡單，而且能應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，同時(shí)可操作性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測和分布式監(jiān)測。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提出的技術(shù)方案是:一種基于OTDR技術(shù)的裂縫監(jiān)測傳感器，包括保護(hù)盒、帶有兩個(gè)端頭的裸光纖線圈以及第一、第二有保護(hù)層光纖，所述裸光纖線圈設(shè)置于保護(hù)盒內(nèi)，所述保護(hù)盒的底部兩端分別設(shè)置有第一、第二出線口，而在第一、第二出線口下方的保護(hù)盒底部分別設(shè)置有第一、第二光纖粘貼平臺(tái)；所述第一有保護(hù)層光纖的一端穿過保護(hù)盒內(nèi)上的第一出線口與裸光纖線圈的一個(gè)端頭連接，而該第一有保護(hù)層光纖的另一端通過環(huán)氧樹脂膠粘貼在第一光纖粘貼平臺(tái)上；而第二有保護(hù)層光纖的一端穿過保護(hù)盒內(nèi)上的第二出線口與裸光纖線圈的另一個(gè)端頭連接，而該第二有保護(hù)層光纖的另一端通過環(huán)氧樹脂膠粘貼在第二光纖粘貼平臺(tái)上；所述裸光纖線圈為一段裸線光纖通過纏繞打結(jié)后形成的一個(gè)光纖線圈，且該裸光纖線圈直徑在14mm-16mm之間。進(jìn)一步地:所述保護(hù)盒內(nèi)壁設(shè)置有防反光層，同時(shí)所述保護(hù)盒為耐腐蝕、耐高溫的金屬材料制成的金屬保護(hù)盒。優(yōu)選的:所述裸光纖線圈直徑為15mm?！N基于上述所述的基于OTDR技術(shù)的裂縫監(jiān)測傳感器的使用方法，包括以下步驟:a.將混凝土澆筑到要監(jiān)測的高度時(shí)，整平混凝土表面，將監(jiān)測儀器的外部光纖或者皮纜繃緊平鋪于混凝土表面，再將所述傳感器平放在混凝土表面，然后將外部光纖或者皮纜分別與所述傳感器上的第一、第二有保護(hù)層光纖的端頭熔接；b.在外部光纖或者皮纜上面繼續(xù)鋪設(shè)混凝土使得外部光纖或者皮纜固定不動(dòng)，等到混凝土凝固后，用環(huán)氧樹脂解膠劑將第一、第二光纖粘貼平臺(tái)上的環(huán)氧樹脂膠去除，然后繼續(xù)澆筑混凝土。進(jìn)一步地:在所述a步驟中，所述外部光纖或者皮纜分別于所述傳感器上的第一、第二有保護(hù)層光纖的端頭熔接后，在熔接部位采用熱縮管進(jìn)行保護(hù)，熱縮管外面在套有不銹鋼鋼管。本發(fā)明的基于OTDR技術(shù)的裂縫監(jiān)測傳感器及其使用方法，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:1.由于使用光纖作為主體，因此其不僅結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，而且不受電磁干擾、溫度對其影響小，因而抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高，同時(shí)其壽命長、復(fù)用性好、安裝方便、制造工藝簡單。2.由于使用時(shí)只需先將傳感器外部光纖與第一、第二有保護(hù)層光纖通過端頭熔接，再用解膠劑解除環(huán)氧樹脂膠的粘連作用，然后繼續(xù)澆筑混凝土，因而其使用簡單方便、可操作性強(qiáng)，同時(shí)由于設(shè)置有保護(hù)盒，因而本身安全度高，不易被損壞，可適用于各種混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫監(jiān)測。3.由于采用裸光纖線圈作為主體，因此光時(shí)域反射儀通過該裸光纖線圈可以不斷的對混凝土進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(實(shí)時(shí)監(jiān)測)，同時(shí)由于本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可操作性強(qiáng)，因此可以進(jìn)行多點(diǎn)布置，從而實(shí)現(xiàn)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分布式監(jiān)測，這對于大體積混凝土的裂縫監(jiān)測具有突破性的意義。


:
圖1為本發(fā)明基于OTDR技術(shù)的裂縫監(jiān)測傳感器的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明基于OTDR技術(shù)的裂縫監(jiān)測傳感器的平面示意 圖3為裸光纖線圈(2)的形成機(jī)理示意圖
圖中:I一保護(hù)盒，2—裸光纖線圈，31—第一有保護(hù)層光纖，32—第二有保護(hù)層光纖，41 一第一粘膠部位，42—第二粘膠部位，5—光纖接頭61—第一出線口，62—第二出線口，71—第一光纖粘貼平臺(tái)，72—第二光纖粘貼平臺(tái)。具體實(shí)施方 式:
附圖非限制性地公開了本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例一種基于OTDR技術(shù)的裂縫監(jiān)測傳感器，如圖1、2所示，包括保護(hù)盒、帶有兩個(gè)端頭的裸光纖線圈以及第一、第二有保護(hù)層光纖，所述裸光纖線圈設(shè)置于保護(hù)盒內(nèi)，所述裸光纖線圈通過環(huán)氧樹脂膠粘貼在保護(hù)盒內(nèi)，所述保護(hù)盒的底部兩端分別設(shè)置有第一、第二出線口，所述第一、第二出線口用于引出第一、第二有保護(hù)層光纖，而在第一、第二出線口下方的保護(hù)盒底部分別設(shè)置有第一、第二光纖粘貼平臺(tái)；由于裸光纖容易斷裂，所以在保護(hù)盒內(nèi)部將裸光纖與有保護(hù)層光纖熔接，然后將有保護(hù)層光纖引出，不容易斷裂，也就是所述第一有保護(hù)層光纖的一端穿過保護(hù)盒內(nèi)上的第一出線口與裸光纖線圈的一個(gè)端頭連接，而該第一有保護(hù)層光纖的另一端通過環(huán)氧樹脂膠粘貼在第一光纖粘貼平臺(tái)上的第一粘膠部位處；而第二有保護(hù)層光纖的一端穿過保護(hù)盒內(nèi)上的第二出線口與裸光纖線圈的另一個(gè)端頭連接，而該第二有保護(hù)層光纖的另一端通過環(huán)氧樹脂膠粘貼在第二光纖粘貼平臺(tái)上的第二粘膠部位處；
如圖3所示，所述裸光纖線圈為一段裸線光纖通過纏繞打結(jié)后形成的一個(gè)光纖線圈，且該裸光纖線圈直徑在14mm-16mm之間，優(yōu)選的所述裸光纖線圈直徑為15mm。為了保證光纖線圈直徑為15mm，在保護(hù)盒內(nèi)部將有保護(hù)層光纖用環(huán)氧樹脂膠與保護(hù)盒粘結(jié)到一起，使用時(shí)，再用環(huán)氧樹脂解膠劑去除即可，即所述第一、第二有保護(hù)層光纖位于保護(hù)盒內(nèi)的部分通過環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)在保護(hù)盒內(nèi)。所述保護(hù)盒內(nèi)壁設(shè)置有防反光層，所述防反光層可通過保護(hù)盒內(nèi)壁涂成黑色制成，該防反光層能夠防止金屬內(nèi)壁反光而影響監(jiān)測結(jié)果的精確性，同時(shí)所述保護(hù)盒為耐腐蝕、耐高溫的金屬材料制成的金屬保護(hù)盒；所述保護(hù)盒外形為方形，該保護(hù)盒分為上下兩部分，通告四個(gè)螺絲分別在四個(gè)角點(diǎn)鏈接保護(hù)盒上下兩部分。一種基于上述所述的基于OTDR技術(shù)的裂縫監(jiān)測傳感器的使用方法，包括以下步驟:a.將混凝土澆筑到要監(jiān)測的高度時(shí)，整平混凝土表面，將監(jiān)測儀器的外部光纖或者皮纜繃緊平鋪于混凝土表面，再將所述傳感器平放在混凝土表面，然后通過光纖熔接儀將外部光纖或者皮纜分別與所述傳感器上的第一、第二有保護(hù)層光纖的端頭熔接，所述外部光纖或者皮纜分別于所述傳感器上的第一、第二有保護(hù)層光纖的端頭熔接后，在熔接部位采用熱縮管進(jìn)行保護(hù)，熱縮管外面在套有不銹鋼鋼管，防止粗放式施工使其斷裂；b.在外部光纖或者皮纜上面繼續(xù)鋪設(shè)混凝土使得外部光纖或者皮纜固定不動(dòng)，等到混凝土凝固后，用環(huán)氧樹脂解膠劑將第一、第二光纖粘貼平臺(tái)上的環(huán)氧樹脂膠去除，然后繼續(xù)澆筑混凝土。本發(fā)明的原理:
當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)受力不均時(shí)，結(jié)構(gòu)就會(huì)有一定程度的損傷，裂縫是其最直觀的表現(xiàn)形式。混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展很難通過表面觀測數(shù)據(jù)精確反應(yīng)內(nèi)部裂縫擴(kuò)展情況，但其直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)本身的安全性和可使用性。本發(fā)明的使用原理為在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑過程中，當(dāng)混凝土澆筑到一定高度時(shí)，將外部光纖平鋪在混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置監(jiān)測的部位，保護(hù)盒平放于混凝土上，再將保護(hù)盒的引出線——有保護(hù)層光纖與外部光纖在端頭處采用光纖熔接儀熔接，熔接處用熱縮管套裝，在熱縮管外部可以再套用不銹鋼鋼管做保護(hù)用。保護(hù)盒及其外部光纖鋪設(shè)完成后，用環(huán)氧樹脂解膠劑將第一、第二粘膠部位處的環(huán)氧樹脂膠去除，然后繼續(xù)澆筑上層混凝土。若混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷，結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫不斷地?cái)U(kuò)展，裸光纖線圈的直徑就會(huì)不斷地減小，彎曲半徑隨之減小，光損耗增加，光時(shí)域反射儀就可監(jiān)測得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。通過試驗(yàn)，給出光損耗與結(jié)構(gòu)裂縫大小的關(guān)系值，應(yīng)用中便可以根據(jù)檢測到的光損耗值，得出混凝土內(nèi)部裂縫的開度值，從而反映出結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫產(chǎn)生及擴(kuò)展的程度。經(jīng)過大量試驗(yàn)證明，利用光纖彎曲產(chǎn)生損耗的原理，裸光纖線圈直徑為15_以后損耗增加快，光時(shí)域反射儀可以很好的監(jiān)測到裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展，因此必須嚴(yán)格控制裸光纖線圈直徑大小。由上述可知，本發(fā)明可用于土木建筑工程、水利工程等各種混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫監(jiān)測，尤其應(yīng)用于大壩安全監(jiān)測，可充分利用裂縫監(jiān)測儀分布式監(jiān)測的特點(diǎn)。上面結(jié)合附圖所描述的本發(fā)明優(yōu)選具體實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式，而不是作為對前述發(fā)明目的和所附權(quán)利要求內(nèi)容和范圍的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)和權(quán)利保護(hù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種基于OTDR技術(shù)的裂縫監(jiān)測傳感器，其特征在于:包括保護(hù)盒、帶有兩個(gè)端頭的裸光纖線圈以及第一、第二有保護(hù)層光纖，所述裸光纖線圈設(shè)置于保護(hù)盒內(nèi)，所述保護(hù)盒的底部兩端分別設(shè)置有第一、第二出線口，而在第一、第二出線口下方的保護(hù)盒底部分別設(shè)置有第一、第二光纖粘貼平臺(tái)；所述第一有保護(hù)層光纖的一端穿過保護(hù)盒內(nèi)上的第一出線口與裸光纖線圈的一個(gè)端頭連接，而該第一有保護(hù)層光纖的另一端通過環(huán)氧樹脂膠粘貼在第一光纖粘貼平臺(tái)上；而第二有保護(hù)層光纖的一端穿過保護(hù)盒內(nèi)上的第二出線口與裸光纖線圈的另一個(gè)端頭連接，而該第二有保護(hù)層光纖的另一端通過環(huán)氧樹脂膠粘貼在第二光纖粘貼平臺(tái)上；所述裸光纖線圈為一段裸線光纖通過纏繞打結(jié)后形成的一個(gè)光纖線圈，且該裸光纖線圈直徑在14mm-16mm之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于OTDR技術(shù)的裂縫監(jiān)測傳感器，其特征在于:所述保護(hù)盒內(nèi)壁設(shè)置有防反光層，同時(shí)所述保護(hù)盒為耐腐蝕、耐高溫的金屬材料制成的金屬保護(hù)盒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于OTDR技術(shù)的裂縫監(jiān)測傳感器，其特征在于:所述裸光纖線圈直徑為15mm。
4.一種基于權(quán)利要求1所述的基于OTDR技術(shù)的裂縫監(jiān)測傳感器的使用方法，其特征包括以下步驟:a.將混凝土澆筑到要監(jiān)測的高度時(shí)，整平混凝土表面，將監(jiān)測儀器的外部光纖或者皮纜繃緊平鋪于混凝土表面，再將所述傳感器平放在混凝土表面，然后將外部光纖或者皮纜分別與所述傳感器上的第一、第二有保護(hù)層光纖的端頭熔接；b.在外部光纖或者皮纜上面繼續(xù)鋪設(shè)混凝土使得外部光纖或者皮纜固定不動(dòng)，等到混凝土凝固后，用環(huán)氧樹脂解膠劑將第一、第二光纖粘貼平臺(tái)上的環(huán)氧樹脂膠去除，然后繼續(xù)澆筑混凝土。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于OTDR技術(shù)的裂縫監(jiān)測傳感器的使用方法，其特征在于:在所述a步驟中，所述外部光纖或者皮纜分別于所述傳感器上的第一、第二有保護(hù)層光纖的端頭熔接后，在熔接部位采用熱縮管進(jìn)行保護(hù)，熱縮管外面在套有不銹鋼鋼管。
全文摘要
一種基于OTDR技術(shù)的裂縫監(jiān)測傳感器及其使用方法，屬于光纖監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，包括保護(hù)盒、帶有兩個(gè)端頭的裸光纖線圈以及第一、第二有保護(hù)層光纖；所述裸光纖線圈為一段裸線光纖通過纏繞打結(jié)后形成的一個(gè)光纖線圈，且該裸光纖線圈直徑在14mm-16mm之間，使用時(shí)先將傳感器外部光纖與第一、第二有保護(hù)層光纖通過端頭熔接，再用解膠劑解除環(huán)氧樹脂膠的粘連作用，保證傳感器內(nèi)部光纖可以隨著裂縫的擴(kuò)展自由拉伸，然后繼續(xù)澆筑混凝土，本發(fā)明不僅施工方便、制作簡單、成本低廉，而且能適用于各種混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的裂縫監(jiān)測，同時(shí)可操作性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和分布式監(jiān)測。
文檔編號(hào)G01B11/02GK103217109SQ20131012222
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者崔少英, 包騰飛, 翟靜宇, 蔣眾喜, 劉月明, 崔少華, 李曉柱 申請人:河海大學(xué)