[发明专利]一种多芯光纤复合编制碳纤维布式的结构加固与状态监测装置及方法

说明书

本发明公开了一种多芯光纤复合编制碳纤维布式的结构加固与状态监测装置及方法，装置包括碳纤维布、多芯光纤、多芯光纤耦合器、光开关和分布式光纤布里渊传感系统，所述多芯光纤在碳纤维布编制过程中被编织在其内形成多芯光纤复合编制碳纤维布，将多芯光纤复合编制碳纤维布浸渍胶粘结于土木结构的表面进行加固，将分布式光纤布里渊传感系统、光开关、多芯光纤耦合器及多芯光纤依次相连，通过光开关切换，测量多芯光纤中各个芯的布里渊频移变化，当土木结构发生变化时，多芯光纤发生形变，从而解调出土木结构的应力变化和弯曲变化以及温度变化。本发明在对土木结构加固的同时，还可检测加固状态，并可同时实现多种参数监控，监控准确，成本低廉。

技术领域

本发明属于土木工程结构领域，涉及一种土木结构加固检测技术，具体涉及一种多芯光纤复合编制碳纤维布式的结构加固与状态监测装置及方法。

背景技术

土木工程结构服役时间长，在使用过程中，由于材料老化、荷载增加、结构部分损坏、使用功能改变、设计与施工缺陷等原因，导致原有结构的承载能力满足不了新的要求。如果全部推倒重来，必然加重社会负担，造成资源浪费和环境污染，因此目前国内外针对此种情形多是采用加固或修复的手段。利用碳纤维片材(CFRP)加固修复混凝土结构既有效又节省费用，在工程加固领域被广泛采用。

与此同时，为保证土木工程长期可靠的服役，对重大工程或关键构件建立长效地检测监测机制成为了大势所趋。目前结构健康监测主要利用应变片、位移计等点式传感装置，可以实现关键点的精确测量。但是，这种以点代面的监测方式不能准确获得整个土木结构的健康信息，因而可能埋下安全隐患。相对的，分布式光纤传感器可以沿着光纤链路实现分布式监测，其测试距离可以轻松达到数十公里以上，因此非常适合大型结构。专利【一种多芯光纤的分布式传感方法(公开号CN103438927B)】提出一种基于多芯光纤的分布式光纤传感技术，除了具有普通的分布式光纤传感技术的优点，能实现分布式温度、应力测量能力，同时具有形变监测的能力。

发明内容

本发明的目的在于提出一种土木工程结构加固与状态监测复合技术，利用多芯光纤与碳纤维布在物理特性和尺寸上较为类似的特点，考虑在碳纤维布的编织过程中将多芯分布式光纤有效的结合起来，在实现结构加固的同时，又可以通过预先复合的传感器对被加固结构实现健康状态监测，因而能够提供土木结构更加全面的状态信息，为土木结构的长期健康服役提供有效的保障。该技术可以拓展碳纤维布的功能，同时解决了传感器铺设难的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案包括：

一种多芯光纤复合编制碳纤维布式的结构加固与状态监测装置，其特征在于：包括碳纤维布、多芯光纤、多芯光纤耦合器、光开关和分布式光纤布里渊传感系统，所述多芯光纤在碳纤维布编制过程中被编织在其内形成多芯光纤复合编制碳纤维布，多芯光纤复合编制碳纤维布通过浸渍胶粘结于土木结构表面的方式进行加固，所述分布式光纤布里渊传感系统与光开关相连，光开关与多芯光纤耦合器相连，多芯光纤耦合器与多芯光纤相连，通过光开关切换，分布式光纤布里渊传感系统测量多芯光纤中各个芯的布里渊频移变化，当土木结构发生变化时，多芯光纤发生形变，从而通过微处理器或计算机解调出土木结构的应力变化和弯曲变化以及温度变化。

作为改进，所述光开关的通道数大于或等于多芯光纤的纤芯数。

作为改进，所述多芯光纤复合编制碳纤维布采用树脂浸渍胶粘结于土木结构的表面。

作为改进，所述多芯光纤的纤芯数至少三个，以实现弯曲、纵向应变和温度的区分测量。

作为改进，所述分布式光纤布里渊传感系统是一种可以测量光纤各点布里渊频移的装置，其为布里渊光时域反射仪或布里渊光时域分析仪。

一种多芯光纤复合编制碳纤维布式的结构加固与状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、首先在碳纤维布编制过程中将多芯光纤编织其内形成多芯光纤复合编制碳纤维布；