[发明专利]一种混凝土损伤检测分布式测试系统及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土检测系统领域，具体是一种基于应变感测光缆的混凝土损伤检测分布式测试系统及测试方法。

背景技术

混凝土是土木工程中用途最广、用量最大的一种建筑材料，不同标号的混凝土可承载相应的外力作用。然而，由于其自身是一种非均匀的多孔材料，在二氧化碳、水、氯离子等介质的侵蚀作用下，不可避免受到外来因素的影响而腐蚀发生结构性的损伤破坏。因此，混凝土损伤检测对于国民经济的发展和人民生命财产安全具有不可或缺的作用，其也是当今国际社会亟待解决的主要难题。

目前，对于混凝土损伤检测可分为内部缺陷检测和表面检测，其中，用于内部缺陷检测的技术方法主要有超声波检测、雷达检测、射线检测、涡轮检测、声发射等。射线检测可以穿透被检测物体并与其发生物理化学作用，通过射线的强弱判断目标体的损伤程度，但是其成本较高难以推广使用；超声波和雷达检测均要求目标体表面较为平整可与检测仪器充分耦合，其次超声波仅适用于病害区域已知的情况，而且只能纵向探测横向分辨率较低，雷达检测要求病害靶区介电常数与周围介质的有较大差别；涡轮检测则要求更高的操作环境，要求其影响因素较少。对于表面检测通常采用人工来完成，但是对于特殊的工程如高架桥和高层建筑，检测人员难以达到有效检测的目的，后期采用载人飞机进行检测，但是存在成本较高的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于应变感测光缆的混凝土损伤检测分布式测试系统及测试方法，以解决现有技术混凝土构件损伤检测中存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种混凝土损伤检测分布式测试系统，其特征在于：包括数据采集系统、数据处理与分析系统、监测预警系统，所述数据采集系统由埋设在混凝土内部的内部监测用应变感测光缆和设置在混凝土表面的表面监测用应变感测光缆构成，其中内部监测用应变感测光缆为金属基索状应变感测光缆，表面监测用应变感测光缆为金属基带状应变感测光缆，所述内部监测用应变感测光缆、表面监测用应变感测光缆分别通过光纤解调器与数据处理与分析系统连接，数据处理与分析系统与监测预警系统连接。

所述的一种混凝土损伤检测分布式测试系统，其特征在于：内部监测用应变感测光缆、表面监测用应变感测光缆分别配置有温度补偿光缆，其中内部监测用应变感测光缆配置的温度补偿光缆为金属无缝管铠装温度感测光缆，金属无缝管铠装温度感测光缆随内部监测用应变感测光缆埋入混凝土内部，表面监测用应变感测光缆配置的温度补偿光缆为金属基带状温度感测光缆，金属基带状温度感测光缆随表面监测用应变感测光缆设在混凝土表面，金属无缝管铠装温度感测光缆、金属基带状温度感测光缆分别通过光纤解调器与数据处理与分析系统连接。

所述的一种混凝土损伤检测分布式测试系统，其特征在于：还包括设置在混凝土内部的规则的钢筋构件，内部监测用应变感测光缆固定在钢筋构件表面。

所述的一种混凝土损伤检测分布式测试系统，其特征在于：内部监测用应变感测光缆在混凝土内部呈全面网格式布设形式，表面监测用应变感测光缆在混凝土表面呈水平布设形式。

一种混凝土损伤检测分布式测试方法，其特征在于：首先根据应变感测光缆的长度、混凝土被测物及外界条件影响范围，设定监测仪器的量程、采样频率、脉宽、频谱范围；应变感测光缆安装完成后，进行背景数据的采集，包括应变ε₀和温度值t₀，随着时间的推移，测量应变感测光缆沿线各点混凝土变形量ε_i(i＝1，2………，n)，并把后期每次监测的数据减去背景值作为某次混凝土变形值Δε＝ε_i-ε₀，由于应变感测光缆对轴向应变和温度双重敏感，在外界温度变化不超过5℃可不考虑，但是大型基础设施基本都处在与空气直接接触的环境中，一年四季的温度变化肯定会对应变的捕捉有一定影响，可根据式(1)进行应变的精准计算：

式(1)中，υ_B(ε)是应变为ε时的布里渊频率的漂移量，υ_B(0)是应变为0时的布里渊频率的漂移量，为应变比例系数，为温度影响系数，T-T₀为温度变化量，ε为光纤的应变量；

利用应变感测光缆对应变捕捉的敏感特性，当应变感测光缆与混凝土完全耦合协调变形时，其发生的应变大小即是混凝土构件的变形量，

基于布里渊频移与传感光纤应变之间的线性关系，通过监测仪器实时监测埋设在混凝土中传应变感测光缆的变形，通过式(2)计算得到传感光纤线路某受力点到仪器入射端的距离Z：