[发明专利]一种多点分布式光纤声波建筑楼体裂缝检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感和信号处理技术领域，具体为一种分布式振动声波传感系统及其应用，涉及光纤传感、声学传感和信号处理技术。

背景技术

随着我国经济快速发展，我国高层建筑也随之迅猛发展。在高层建筑中钢筋混凝土结构被广泛应用。然而由于高层建筑的设计方案的不同，钢筋混凝土结构的耐久性成为一个难题。随着部分高层建筑的墙体的老化，以及温度、载荷和部分自然灾害如地震的作用下，墙体容易产生一些隐蔽性裂缝，严重影响到高层建筑的耐久性，并对高层建筑的居民和从业人员造成很大的安全隐患。

目前，传统裂缝监测技术主要有目测法、裂缝测宽仪检测、超声波检测等。目测法是检测者利用双眼观察被测结构物是否存在裂缝。这种单一的人工目测方法耗时长，工作量大，且受人为因素影响较大，测量结果不够精确。裂缝测宽仪检测是巡检人员利用手持式裂缝测宽仪对结构物进行测量。这种方法所用测试仪器简单，能够达到较高精度，但需知道裂缝所在位置。超声波检测法是目前应用最为广泛的无损检测技术。超声波法检测裂缝的基本原理是超声波在被测材料中传播时会受到材料的声学特性和内部组织变化的影响，通过对超声波所受影响程度的探测了解检测材料的损伤程度。由于超声波检测需要布设测点，若所布测点不能全面覆盖被测结构，容易发生漏检现象，并且不能够进行实时检测。

因此，传统的楼体裂缝检测方法不能完全适应现在的高层建筑，不能全方位无死角的对楼体裂缝实施检测，容易发生漏测情况。同时对于正在发生的裂缝不能及时检测，不能实现对楼体情况进行实时监控。同时传统的楼体检测方法的测量精度不高，不能完成对楼体裂缝情况的精确测量。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提出一种多点分布式光纤声波高层建筑楼体裂缝检测系统。本系统可以对高层建筑物的墙体可能出现的裂缝由于震动、相互挤压或是正在开裂产生的声波振动信号进行捕捉。

本发明的多点分布式光纤声波建筑楼体裂缝检测系统，包括激光发射器L、分光器P、环形器C、振动声波检测探头A、相位检测器D、数据采集卡Q、信号处理主机N和传输光纤。其中激光发射器L用于输出连续激光并注入传输光纤B0中，其中心波长优选1550nm。为实现多路信号的同时检测，进入传输光纤中的连续光经由分光器P分成n(n对应振动声波检测探头的数目)路连续光，分成的每一路连续光都经由对应的一路传输光纤B1继续向前传输。

每一路传输光纤B1连接对应的环形器C的一个端口(通常环形器C包括3个端口)，本发明中的环形器C用于发射光、反射光的耦合传输，为了便于区分环形器C的3个端口，将与传输光纤B1连接的端口定义为1端口，将与传输光纤B2连接的端口定义为2端口，将与传输光纤B3连接的端口定义为3端口。传输光纤B1中的连续激光通过环形器C的1端口耦合经由2端口传输至传输光纤B2中。传输光纤B2连接设置在待检测建筑物的墙体中的振动声波检测探头A。

振动声波检测探头A为具有高灵敏度的振动声波检测探头，其包括一段传输光纤B4、玻璃套管E和石墨烯薄膜G，传输光纤B4的一端固定于玻璃套管E中，一端用于与传输光纤B2熔接，石墨烯薄膜G固定在玻璃套管E的一个端面上，并与位于玻璃套管E中的传输光纤B4的的端面构成一个FP腔(法珀腔)。从而使得传输光纤B2中的连续光会被振动声波检测探头A上的石墨烯薄膜G反射，得到反射光。

所述反射光经环形器C的2端口传输至3端口，再耦合进传输光纤B3。传输光纤B3连接相位检测器D。在相位检测器D中完成经由传输光纤B3传输的反射光的相位变化的检测。

相位检测器D的信号输出端与数据采集卡Q的信号输入端连接，据采集卡Q对相位检测器D的输出信号进行数据采集，并将采集数据输入到信号处理主机N，信号处理主机N基于对应每个相位检测器D的采集数据进行楼体裂缝检测处理：若相位检测器D的采集数据存在相位变化，则判定对应的振动声波检测探头A的设置位置处存在裂缝并输出显示。