[发明专利]基于光时域反射的塑料光纤裂缝监测装置及监测方法

说明书

基于光时域反射的塑料光纤裂缝监测装置及监测方法，属于混凝土裂缝监测技术领域。所述塑料光纤裂缝监测装置包括光脉冲发射装置、光纤环形器、光开关、监测单元、光电探测器、控制单元和数据处理单元；控制单元与光脉冲发射装置电连接，光脉冲发射装置与光纤环形器通过光纤相连，光纤环形器与光开关通过光纤相连，监测单元包括两根塑料光纤，分别为第一塑料光纤和第二塑料光纤，两根塑料光纤均与光开关相连，每根塑料光纤均呈波折线形布置在混凝土结构表面或者混凝土结构内部，两根塑料光纤存在多个交点，且多个交点位于一条直线上，且两根塑料光纤相对于所述直线互相对称，光纤环形器与光电探测器电连接，光电探测器与数据处理单元电连接。

技术领域

本发明涉及混凝土裂缝监测技术领域，特别涉及一种基于光时域反射的塑料光纤裂缝监测装置及监测方法。

背景技术

混凝土结构在建设和使用过程中出现裂缝是一种普遍现象，裂缝发展到一定程度，会加重混凝土碳化并降低其抗渗性能，进而破坏结构的整体性和安全性。作为评估裂缝危害性的重要手段，结构裂缝监测对保障结构安全具有重要意义。

目前裂缝监测技术主要有声发射法、超声波法和探地雷达法等，其中声发射法和超声波法需要异常灵敏的传感头，并易于受环境干扰的影响，且测试深度也有限；探地雷达法会受强电场的干扰，因此其使用场合会受到限制，测量误差会较大，且目前的裂缝监测方法只能进行定性监测，确定出裂缝的大概位置，无法测量裂缝的开度，同时，也只能进行单点测量，不能实现实时在线测量。

混凝土结构在出现裂缝时，裂缝的开展往往呈现出时空随机性、隐蔽性等特征，因此，除了裂缝的位置外，裂缝的扩展情况也极为重要，若能及时的监测出裂缝的具体位置、开度以及开展方向，则可以及时的对出现裂缝的混凝土结构进行补修，避免安全事故的发生，但是目前的监测技术无法测量出裂缝的开度和开展方向，难以实现对裂缝开度的发展过程的动态监测。

发明内容

本发明提供一种基于光时域反射的塑料光纤裂缝监测装置，所述塑料光纤裂缝监测装置包括光脉冲发射装置、光纤环形器、光开关、监测单元、光电探测器、控制单元和数据处理单元；

控制单元与光脉冲发射装置电连接，光脉冲发射装置与光纤环形器的第一端通过光纤相连，光纤环形器的第二端与光开关通过光纤相连，监测单元包括两根塑料光纤，分别为第一塑料光纤和第二塑料光纤，两根塑料光纤均与光开关相连，每根塑料光纤均呈波折线形布置在混凝土结构表面或者混凝土结构内部，两根塑料光纤存在多个交点，且多个交点位于一条直线上，且两根塑料光纤相对于所述直线互相对称，光纤环形器的第三端与光电探测器电连接，光电探测器与数据处理单元电连接，控制单元还与所述数据处理单元电连接。

所述光脉冲发射装置包括脉冲发生器和激光二极管；

所述控制单元与脉冲发生器相连，脉冲发生器与激光二极管相连；

所述控制单元能够控制脉冲发生器发出脉冲，脉冲发生器发出的脉冲能够驱动激光二极管产生光脉冲。

所述基于光时域反射的塑料光纤裂缝监测装置还包括放大器，放大器的输入端与所述光电探测器的输出端电连接，放大器的输出端与所述数据处理单元电连接。

所述两根塑料光纤的夹角为30°～60°。

所述基于光时域反射的塑料光纤裂缝监测装置的监测方法，所述监测方法包括：

S1、所述控制单元控制所述光脉冲发射装置产生光脉冲，光脉冲通过所述光纤环形器和所述光开关进入所述监测装置的两根塑料光纤中；

S2、所述光电探测器通过所述光纤环形器分别接收两根塑料光纤中的光信号，并分别将两根塑料光纤中的光信号转换成电信号；

S3、所述数据处理单元接收所述电信号，并根据所述电信号分别得到每根塑料光纤对应的背向散射曲线；