一种基于BOTDA传感光纤技术的混凝土监测系统及监测方法

摘要

本发明公开了一种基于BOTDA传感光纤技术的混凝土监测系统及监测方法，涉及混凝土监测技术领域，包括混凝土结构和BOTDA光纤解调仪，混凝土结构包括若干个传感光纤布置单元体，若干个传感光纤布置单元体内均设置有传感光纤；位于一个传感光纤布置单元体内的传感光纤设置有第一光纤端头和第二光纤端头；传感光纤与BOTDA光纤解调仪电连接，通过BOTDA光纤解调仪采集温度及应力数据，对混凝土构筑物的温度及应力变化情况进行监测。本发明通过利用BOTDA光纤解调仪，可同时对温度和应力数据采集进行。根据BOTDA光纤解调仪采集的温度和应力数据来判断工程的温度及应力变化情况，准确判断工程在施工期间的的稳定性和施工速度以及运营期间的整体安全状态。

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土监测技术领域，具体涉及一种基于BOTDA传感光纤技术的混凝土监测系统及监测方法。

背景技术

近年来，我国工程建设速度大规模提高，尤其是混凝土工程，在各个领域中都具有举足轻重的地位，其在我国现代化建设和经济发展中发挥着重要作用。桥梁、公路、水利枢纽、地下工程等都需要不同规模的混凝土施工，不同材料及配比的混凝土质量有着较大的差异，因此，在混凝土工程的施工及运营期间，其内部温度变化规律不同，内外温差的变化不同，以及由温度变化和受外力影响而导致的应力状态的变化。若混凝土构筑物的内部温度变化若不符合实际要求，则可能导致较大的内外温差，由此会产生异常的热胀冷缩。在此作用下混凝土工程则可能在内部或外部产生不同的裂缝、变形等。因此，中等规模以上的混凝土工程都需要进行温度及应力监控，以此控制混凝土施工速度及准确把握其运营期的安全状态。

常规的混凝土温度及应力监测手段基本上都是采用点式的测量工具，由此采集的是混凝土构筑物中离散的数据信息，其数据不能全面准确的反应混凝土构筑物内部的实际温度及应力状态的变化。

发明内容

为解决现有技术问题，本发明通过利用BOTDA光纤解调仪，可同时对温度和应力数据采集进行。根据BOTDA光纤解调仪采集的温度和应力数据来判断工程的温度及应力变化情况，准确判断工程在施工期间的的稳定性和施工速度以及运营期间的整体安全状态。

为达到上述效果，本发明提供一种基于BOTDA传感光纤技术的混凝土监测系统，包括混凝土结构和BOTDA光纤解调仪，所述混凝土结构包括若干个传感光纤布置单元体，若干个所述传感光纤布置单元体内均设置有传感光纤；

位于一个所述传感光纤布置单元体内的所述传感光纤设置有第一光纤端头和第二光纤端头；

所述传感光纤与所述BOTDA光纤解调仪电连接，通过所述BOTDA光纤解调仪采集温度及应力数据，对混凝土构筑物的温度及应力变化情况进行监测。

进一步的方案是，所述传感光纤布置单元体分为若干检测层，若干所述检测层中均布置有所述传感光纤，所述传感光纤在所述检测层中呈“S”型分布，相邻两个所述检测层中的所述传感光纤相连。

进一步的方案是，一个所述传感光纤的所述第一光纤端头和所述第二光纤端头熔接并形成单链接头，所述单链接头与所述BOTDA光纤解调仪电连接。

进一步的方案是，位于不同所述传感光纤布置单元体内的第一光纤端头和第二光纤端头熔接并形成串联接头，所述串联接头与所述BOTDA光纤解调仪电连接，所述串联接头的数量可设置有若干个。

进一步的方案是，若干个所述传感光纤布置单元体的形状与所述混凝土结构的形状相匹配。

本发明还提供基于上述所述的基于BOTDA传感光纤技术的混凝土监测系统的监测方法，包括以下步骤；

S1：在监测构筑物的混凝土灌注之前，设计若干个传感光纤单元体，将其布置在工程构筑物中并依次编号，随后熔接各个传感光纤单元体的光纤接头；

S2：设置BOTDA光纤解调仪参数，用于温度及应力数据测采集；

S3：将各个传感光纤单元体的光纤接头或整体串联或部分串联或单独接至BOTDA光纤解调仪上，在混凝土灌注施工过程中按照一定的时间间隔进行温度和应力数据的采集；

S4：在工程构筑物运营期间，将各个传感光纤单元体的光纤接头或整体串联或部分串联或单独接至BOTDA光纤解调仪上，按照一定时间周期进行温度/应力数据采集；

S5：对S3采集的数据进行分析，研究混凝土灌注过程中的温度/应力变化。根据温度数据判断混凝土浇筑进度及速度；同时结合应力数据曲线，分析混凝土浇筑期间的受力状态，判断混凝土工程在施工期间的整体稳定性，由此控制混凝土构筑物施工速度，保证工程处于安全稳定状态；

S7：对S4采集的数据进行分析，研究工程构筑物在运营期间的温度/应力变化；根据温度数据判断混凝土构筑物内部的温度分布及内外温差情况；结合应力数据，分析混凝土工程在运营期间受外力作用而发生的应力状态变化，以及由于内外温度差异大而产生的裂缝。

进一步的方案是，实施S3和S4的过程中，利用BOTDA光纤解调仪显示器观察温度及应力数据曲线，若发现信号微弱或不通畅，则放弃该传感光纤单元体的数据采集，对其他传感光纤单元体进行单独或以串联的形式进行数据的采集。

进一步的方案是，实施S7时，严格监控混凝土构筑物的内外温差及应力状态。

进一步的方案是，实施S3和S4的过程中，利用MATLAB语言程序，建立图形模型及公式模型，导入各期采集的温度和应力数据并制成相关数据图表。

本发明的有益效果：

本发明利用BOTDA光纤解调仪，可同时对温度和应力数据采集进行。根据BOTDA光纤解调仪采集的温度和应力数据来判断工程的温度及应力变化情况，准确判断工程在施工期间的稳定性和施工速度以及运营期间的整体安全状态；

本发明采用分布式光纤传感监测技术，对混凝土内部温度/应力信息进行全分布式采集，避免点式采集手段中漏检的可能性，能够全面的监测/检测混凝土工程在施工及运营期的安全状态；

本发明对混凝土构筑物进行单元划分，对有限数量的单元体温度数据进行采集分析，根据工程实际情况单元体信息可独立采集，也可串联成一个整体进行采集，当某个单元体损毁时，可将其他单元体串联进行数据采集，而不影响混凝构筑物其他部分安全状态的判断分析；

本发明设置合适的光纤单元体链路，相对于传统点式监测更全面更方便更经济。

附图说明

图1为本发明实施例1一种基于BOTDA传感光纤技术的混凝土监测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例1中传感光纤布置单元体的结构示意图；

图3为本发明实施例1中传感光纤的布设示意图；

附图标注：1-混凝土结构；2-传感光纤布置单元体；20-检测层；3-BOTDA光纤解调仪；4-传感光纤；40-第一光纤端头；41-第二光纤端头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-3所示，本发明的一个实施例1公开了一种基于BOTDA传感光纤技术的混凝土监测系统，包括混凝土结构1和BOTDA光纤解调仪3，混凝土结构1包括若干个传感光纤布置单元体2，若干个传感光纤布置单元体2内均设置有传感光纤4；位于一个传感光纤布置单元体2内的传感光纤4设置有第一光纤端头40和第二光纤端头41；传感光纤4与BOTDA光纤解调仪3电连接，通过BOTDA光纤解调仪3采集温度及应力数据，对混凝土构筑物的温度及应力变化情况进行监测。

在本实施例1中，传感光纤布置单元体2分为若干检测层20，若干检测层20中均布置有传感光纤4，传感光纤4在检测层20中呈“S”型分布，相邻两个检测层20中的传感光纤4相连。

在本实施例1中，一个传感光纤4的第一光纤端头40和第二光纤端头41熔接并形成单链接头，单链接头与BOTDA光纤解调仪3电连接。

在本实施例1中，位于不同传感光纤布置单元体2内的第一光纤端头40和第二光纤端头41熔接并形成串联接头，串联接头与BOTDA光纤解调仪3电连接，串联接头的数量可设置有若干个。

在本实施例1中，若干个传感光纤布置单元体2的形状与混凝土结构1的形状相匹配。

本发明的一个实施例2基于实施例1公开了一种混凝土监测系统的监测方法，包括以下步骤；

S1：在监测构筑物的混凝土灌注之前，设计若干个传感光纤单元体，将其布置在工程构筑物中并依次编号，随后熔接各个传感光纤单元体的光纤接头；

S2：设置BOTDA光纤解调仪参数，用于温度及应力数据测采集；

S3：将各个传感光纤单元体的光纤接头或整体串联或部分串联或单独接至BOTDA光纤解调仪上，在混凝土灌注施工过程中按照一定的时间间隔进行温度和应力数据的采集；

S4：在工程构筑物运营期间，将各个传感光纤单元体的光纤接头或整体串联或部分串联或单独接至BOTDA光纤解调仪上，按照一定时间周期进行温度/应力数据采集；

S5：对S3采集的数据进行分析，研究混凝土灌注过程中的温度/应力变化。根据温度数据判断混凝土浇筑进度及速度；同时结合应力数据曲线，分析混凝土浇筑期间的受力状态，判断混凝土工程在施工期间的整体稳定性，由此控制混凝土构筑物施工速度，保证工程处于安全稳定状态；

S7：对S4采集的数据进行分析，研究工程构筑物在运营期间的温度/应力变化；根据温度数据判断混凝土构筑物内部的温度分布及内外温差情况；结合应力数据，分析混凝土工程在运营期间受外力作用而发生的应力状态变化，以及由于内外温度差异大而产生的裂缝。

在本实施例2中，实施S3和S4的过程中，利用BOTDA光纤解调仪显示器观察温度及应力数据曲线，若发现信号微弱或不通畅，则放弃该传感光纤单元体的数据采集，对其他传感光纤单元体进行单独或以串联的形式进行数据的采集。当某个传感光纤单元体损毁时，可将其他单元体串联进行数据采集，而不影响混凝构筑物其他部分安全状态的判断分析。

在本实施例2中，实施S7时，严格监控混凝土构筑物的内外温差及应力状态。防止由此产生的混凝土构筑物内部的裂缝及外部的变形等，保证工程的安全运营。

在本实施例2中，实施S3和S4的过程中，利用MATLAB语言程序，建立图形模型及公式模型，导入各期采集的温度和应力数据并制成相关数据图表。从而从图表中观测工程构筑物内部的温度和应力的变化情况。

本发明利用BOTDA光纤解调仪，可同时对温度和应力数据采集进行。根据BOTDA光纤解调仪采集的温度和应力数据来判断工程的温度及应力变化情况，准确判断工程在施工期间的稳定性和施工速度以及运营期间的整体安全状态；此外本发明对混凝土构筑物进行单元划分，对有限数量的单元体温度数据进行采集分析，根据工程实际情况单元体信息可独立采集，也可串联成一个整体进行采集，当某个单元体损毁时，可将其他单元体串联进行数据采集，而不影响混凝构筑物其他部分安全状态的判断分析。

最后说明的是，以上仅对本发明具体实施例进行详细描述说明。但本发明并不限制于以上描述具体实施例。本领域的技术人员对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都涵盖在本发明范围内。