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原文传递基于分布式光纤的混凝土施工质量在线监测系统及方法

专利名称：	基于分布式光纤的混凝土施工质量在线监测系统及方法
摘要：	本发明公开了一种基于分布式光纤的混凝土施工质量在线监测系统及方法，在线监测系统包括窄带光源、第一光纤耦合器、声光调制器、掺铒光纤放大器、带通滤波器、三端口环形器、传感光纤阵列、光纤偏振分束器、偏振光纤耦合器、第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、自相干混频单元、数据采集装置、动态滤波单元、数字解调单元、基倍频联合衰落噪声识别单元以及时频分析单元，时频分析单元对噪声消除后的相位信号时程变化进行分析，得到混凝土各点振动信号变化趋势。本发明监测系统采用设在结构内的传感光纤阵列，具有测点多，光纤传感系统灵敏度与相位振动解析精度高，全分布式缺陷识别准确，稳定性与耐久性好，实施简单。
专利类型：	发明专利
申请人：	西北大学;南京智慧基础设施技术研究院有限公司
发明人：	吴智深;孙安;张晋源
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-14T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-10T00:00:00+0800
申请号：	CN202311016952.8
公开号：	CN117030859A
代理机构：	北京德崇智捷知识产权代理有限公司
代理人：	王斌
分类号：	G01N29/12;G01H9/00;G01H13/00;E04G21/00;E02D15/00;G;E;G01;E04;E02;G01N;G01H;E04G;E02D;G01N29;G01H9;G01H13;E04G21;E02D15;G01N29/12;G01H9/00;G01H13/00;E04G21/00;E02D15/00
申请人地址：	710069 陕西省西安市太白北路229号;
主权项：	1.一种基于分布式光纤的混凝土浇筑施工质量在线监测系统，其特征在于：包括窄带光源、第一光纤耦合器、声光调制器、掺铒光纤放大器、带通滤波器、三端口环形器、传感光纤阵列、光纤偏振分束器、偏振光纤耦合器、第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、自相干混频单元、数据采集装置、动态滤波单元、数字解调单元、基倍频联合衰落噪声识别单元以及时频分析单元；所述窄带光源的输出端连接第一耦合器的第一输入端，第一耦合器的第一输出端连接声光调制器输入端，声光调制器输出端连接掺铒光纤放大器的输入端，放大器的输出端连接带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端连接三端口环形器的输入端，三端口环形器的反射端连接传感光纤阵列，三端口环形器的输出端连接偏振光纤耦合器的输入端，第一耦合器的第二输出端连接光纤偏振分束器的输入端，光纤偏振分束器的第一输出端和偏振光纤耦合器的第一输出端连接第一平衡光电探测器输入端，光纤偏振分束器的第二输出端和偏振光纤耦合器的第二输出端连接第二平衡光电探测器输入端，第一平衡光电探测器和第二平衡光电探测器的输出端连接至所述自相干混频单元的第一输入端和第二输入端，在所述自相干混频单元的输出端依次连接数据采集装置、动态滤波单元、数字解调单元、基倍频联合衰落噪声识别单元以及时频分析单元；所述传感光纤阵列设置在浇筑的混凝土结构内；所述第一平衡光电探测器和第二平衡光电探测器将所探测到的相干光信号转化为电信号；所述自相干混频单元将所述第一平衡光电探测器和第二平衡光电探测器转换的电信号进行互相关混频；所述动态滤波单元将经所述自相干混频单元混频后的信号分为基底及倍频两路信号；所述数字解调单元对经所述动态滤波单元分成的两路信号相位进行解调；所述基倍频联合衰落噪声识别单元对两路解调结果进行对比识别，消除所述数字解调单元解调信号中的衰落噪声及其它现场串扰噪声；所述时频分析单元对噪声消除后的相位信号时程变化进行分析，得到混凝土各点振动信号变化趋势。 2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的混凝土浇筑施工质量在线监测系统，其特征在于：所述基倍频联合衰落噪声识别单元，对基底及倍频两路信号的相位进行对比分析，若两路信号相位呈现相同趋势变化，则认定为真实信号，若两路信号相位存在显著差异则认为是现场串扰噪声，若其中一路相位有变化而另一路无变化，则认定为衰落噪声，以此消除衰落噪声及其它现场串扰噪声。 3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的混凝土浇筑施工质量在线监测系统，其特征在于：所述传感光纤阵列捆扎布设于桩基中的钢筋上或直接埋入混凝土中。 4.根据权利要求1-3任一所述的基于分布式光纤的混凝土浇筑施工质量在线监测系统，其特征在于：还包括质量评估单元，所述质量评估单元通过对浇筑施工过程中混凝土各点振动信号变化趋势进行分析对比，通过频谱变化趋势实现对桩基质量与缺陷进行评估识别。 5.根据权利要求4所述的基于分布式光纤的混凝土浇筑施工质量在线监测系统，其特征在于：通过频谱变化趋势实现对桩基质量与缺陷进行评估识别的方法包括：当整个传感光纤阵列直接埋入混凝土中时，通过传感光纤阵列监测混凝土浇筑期间及凝固期间混凝土各点固有振动频率漂移，实现对施工质量监测及缺陷识别：如混凝土某一点固有频率在浇筑期处于相对低频，而在混凝土初始凝固期间其共振频率逐渐上升并稳定在某一相对高频，则判定该点所在桩基区域质量良好；若混凝土固有频率并未呈规律性变化，则可判定混凝土存在质量缺陷可能。 6.根据权利要求5所述的基于分布式光纤的混凝土浇筑施工质量在线监测系统，其特征在于：通过频谱变化趋势实现对桩基质量与缺陷进行评估识别的方法还包括：通过对比桩基混凝土初凝之后钢筋或混凝土内各点的共振频率分布，进一步识别桩基质量缺陷：若钢筋笼或混凝土内各点共振频率均分布在结构固有频率范围内，则判定桩基各点区域质量良好；若钢筋笼或混凝土内某一点共振频率与其它各点振动频率显著不同，则判定该点所在混凝土区域可能存在质量缺陷。 7.一种基于分布式光纤的混凝土浇筑施工质量在线监测方法，其特征在于：基于根据权利要求1-6任一所述的基于分布式光纤的混凝土浇筑施工质量在线监测系统进行监测。
所属类别：	发明专利