[发明专利]一种混凝土结构裂缝自动监测系统

说明书

本发明公开了一种混凝土结构裂缝自动监测系统，包括：稳定光源、多根监测光纤、多个波分复用器、多个光开关、光功率采集单元、光功率分析单元、光时域反射模块和中央处理器；每根监测光纤的首端均与所述稳定光源连接，末端均与对应的波分复用器的第一端口连接；每个波分复用器的第二端口均依次连接所述光功率采集单元和所述光功率分析单元；每个波分复用器的第三端口均与所述光开关连接；所述光开关与所述光时域反射模块连接；所述中央处理器分别与所述光功率分析单元、光开关和光时域反射模块连接。本发明可实现实时在线和连续监测，并能监测结构裂缝的整体情况，且仅需配置一台光时域反射仪就能达到良好的裂缝定量监测效果。

技术领域

本发明涉及土木、水利行业结构安全监测与健康诊断领域，具体涉及一种混凝土结构裂缝自动监测系统。

背景技术

开裂现象在混凝土结构建造和使用中较为普遍，其发展到一定程度，会降低混凝土的性能，破坏结构的整体性和安全性。因此，对裂缝进行动态和长期监测对保障结构安全具有重要意义。现有的裂缝监测技术主要以点式电测传感器为主，如电感式、电容式裂缝传感器等。其精度低，实时性差，仅能对少数测点进行观测，且易受电磁场等环境因素干扰，信息较为受限，难以适应裂缝的随机性和不确定性的特点。此外，激光测量方法受光传播条件限制，适应性不强。相比之下，光纤传感技术具有体积小、灵敏度高、使用寿命长、抗腐蚀抗电磁干扰能力强等优点，为实现分布式连续监测，远程实时监测提供了可行途径。但目前光纤裂缝监测大多成本高，多为单点监测，结构整体监测能力差，不能很好满足工程需要。

现有技术中，用于光纤监测的光时域反射仪成本较高，且长时间连续使用会发生过热甚至损坏的问题，影响监测效果，不利于长期准确的监测。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种混凝土结构裂缝自动监测系统，可同时利用多条监测光纤实现分布式多裂缝实时定量监测，测量精度高，成本低廉，适应于大范围应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种混凝土结构裂缝自动监测系统，包括：稳定光源、多根监测光纤、多个波分复用器、多个光开关、光功率采集单元、光功率分析单元、光时域反射模块和中央处理器；

每根监测光纤的首端均与所述稳定光源连接，末端均与对应的波分复用器的第一端口连接；每个波分复用器的第二端口均依次连接所述光功率采集单元和所述光功率分析单元；每个波分复用器的第三端口均与所述光开关连接；所述光开关与所述光时域反射模块连接；所述中央处理器分别与所述光功率分析单元、光开关和光时域反射模块连接；

所述稳定光源向所述多根监测光纤发射光，所述光功率采集单元采集发射光在每根监测光纤上的光功率，并通过所述光功率分析单元进行动态光功率损耗分析，当分析得到其中一根监测光纤上的光功率损耗值超过所述光功率分析单元预设的光功率门限时，发送所述监测光纤的告警信号给所述中央处理器，所述中央处理器控制所述光开关选择出现告警信号的所述监测光纤并启动所述光时域反射模块；

所述光时域反射模块产生经过脉冲调制的光脉冲，所述光脉冲通过所述波分复用器复用到出现告警信号的所述监测光纤中，所述光时域反射模块接收所述光脉冲在所述监测光纤中的瑞利散射信号和菲涅尔反射信号并将其传送至所述中央处理器，所述中央处理器根据所述散射信号和反射信号来分析裂缝特征。

优选地，所述光功率门限是根据所述裂缝与光损耗的关系来设定的。

具体地，所述光时域反射模块为光时域反射仪。

优选地，所述中央处理器还包括数据存储模块、数据分析模块、声光报警模块和显示模块。

优选地，所述声光报警模块与外部的声光报警装置连接。当所述光功率分析单元分析得到其中一根监测光纤上的光功率损耗值超过所述光功率分析单元预设的光功率门限时，发送所述监测光纤的告警信号给所述声光报警模块，所述声光报警模块触发所述声光报警装置进行声光报警。