本發(fā)明涉及水工金屬結(jié)構(gòu)健康檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種人字門裂紋檢測技術(shù)。

背景技術(shù)：

船閘人字門的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性在其工作過程中總是面臨著考驗(yàn)，其中人字門兩側(cè)巨大的水壓力差、人字門啟閉過程中水流的擠壓對門體的結(jié)構(gòu)損傷與變形等問題在長期作用下會(huì)使得門體的應(yīng)力集中區(qū)出現(xiàn)裂紋，并影響船閘的長期可靠運(yùn)行。

目前，為保證人字門的結(jié)構(gòu)安全，通常采用定期停航進(jìn)行人工檢修，這不僅影響航道運(yùn)輸，最為重要的是人工檢測方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且存在漏檢的可能。因此研究人字門裂紋在線檢測的系統(tǒng)與方法十分有必要。

經(jīng)典裂紋檢測技術(shù)包括超聲波無損檢測法、微波無損檢測法以及超聲脈沖法等。這些檢測法在常規(guī)環(huán)境下對裂紋、裂縫具有較高的測試準(zhǔn)確度，但均屬于單點(diǎn)檢測，其收集的信息在時(shí)間、空間上不連續(xù)。雖然可通過后期對采集的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來得到結(jié)構(gòu)內(nèi)裂縫分布與發(fā)展的大致情況，但不能對裂紋/裂縫發(fā)生區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確定位，具有相當(dāng)?shù)木窒扌?，特別是對工作于復(fù)雜水域環(huán)境的船閘來說更是如此。受水下噪聲等因素影響，微小裂紋/裂縫信息甚至難以發(fā)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種既實(shí)時(shí)連續(xù)又能準(zhǔn)確定位的人字門裂紋在線檢測系統(tǒng)及其檢測方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種人字門裂紋在線檢測系統(tǒng)，包括光纖裂紋檢測傳感器、多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置、OTDR模塊、嵌入式PC和中心服務(wù)器；所述的光纖裂紋檢測傳感器的光纖輸入端和光纖輸出端均連接到多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置上，所述的多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置還依次與OTDR模塊、嵌入式PC和中心服務(wù)器串聯(lián)連接；所述的OTDR模塊包括光時(shí)域反射儀；

所述的光纖裂紋檢測傳感器包括剛性保護(hù)盒A、剛性保護(hù)盒B和光纖；所述的剛性保護(hù)盒A和剛性保護(hù)盒B之間纏繞多條光纖，每條光纖通過一組圓柱形底座輔助固定在人字門上；所述的圓柱形底座有多組，每組兩個(gè)，分兩列布設(shè)在人字門的裂紋易發(fā)區(qū)域的兩側(cè)；所述的圓柱形底座為可拆卸的圓柱形底座。

所述的多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置用于判斷光纖是否發(fā)生斷裂以及斷裂的位置；

所述的OTDR模塊用于確定裂紋位置與個(gè)數(shù)；

所述的嵌入式PC用于匯總和發(fā)送數(shù)據(jù)；

所述的中心服務(wù)器用于數(shù)據(jù)分析與處理、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/備份和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

一種人字門裂紋在線檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括以下步驟：

A、判斷光纖是否發(fā)生斷裂；

A1、多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置選通光纖輸入端，通過OTDR模塊檢測是否出現(xiàn)反射峰，如不出現(xiàn)反射峰則說明光纖通路，并未發(fā)生斷裂；返回重復(fù)步驟A1；

A2、如出現(xiàn)反射峰則說明光纖發(fā)生斷裂，OTDR模塊同時(shí)確定斷點(diǎn)距離光纖輸入端的位置；

A3、多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置再選通光纖輸出端，可通過OTDR模塊確定斷點(diǎn)距離光纖輸出端的位置；

B、確定裂紋位置與個(gè)數(shù)；

預(yù)先測量出光纖輸入端進(jìn)入剛性保護(hù)盒A時(shí)的位置為x₀，若檢測區(qū)域中出現(xiàn)一條裂紋，并與光纖相交于x₁、x₂、...、x_n，則裂紋x_n位于光纖中的位置n滿足下式：

$n\≤\frac{x_n-x_0-p}{L+p}\≤n+\frac{L}{L+p}$

其中：n為檢測區(qū)域中從光纖輸入端開始計(jì)數(shù)的第n路光纖，x_n為OTDR模塊中檢測到得事件位置，p為光纖每經(jīng)過剛性保護(hù)盒A或剛性保護(hù)盒B時(shí)纏繞的長度且為常數(shù)，L為檢測區(qū)域中布設(shè)的光纖長度，并近似看做常數(shù)；

裂紋的個(gè)數(shù)直接通過OTDR模塊中的事件個(gè)數(shù)確定；

C、確定裂紋的發(fā)展趨勢；

若光纖裂紋檢測傳感器檢測到一處擴(kuò)展的裂紋，并與光纖相交于x_n、x_n+1、...、x_m，則通過下式計(jì)算裂紋長度D：

$D=\frac{d(m-n)}{sin\mathrm{\θ}}$

其中：d為各個(gè)光纖之間的間隔，m為OTDR模塊檢測到的裂紋的個(gè)數(shù)；θ為裂紋與光纖之間的夾角；

裂紋的發(fā)展趨勢通過持續(xù)觀察后續(xù)裂紋與光纖的交點(diǎn)位置x_q來確定，若x_q≥x_n則裂紋向上生長，否則裂紋向下生長；

D、中心服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；

中心服務(wù)器將裂紋的位置、個(gè)數(shù)與發(fā)展趨勢進(jìn)行匯總，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與處理、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/備份和遠(yuǎn)程監(jiān)督。

進(jìn)一步地，所述的裂紋與光纖之間的夾角θ為55°-65°。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明采用光纖裂紋檢測傳感器，遠(yuǎn)程獲取人字門各監(jiān)測位置的裂紋信息，通過數(shù)據(jù)分析和處理實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵裂紋易發(fā)生區(qū)域的在線檢測和定位，并可以對裂紋大小及發(fā)展趨勢給出定性和定量分析，以達(dá)到實(shí)時(shí)連續(xù)檢測人字門結(jié)構(gòu)損傷或退化的目的。

2、本發(fā)明對噪聲不敏感，非常適合水下復(fù)雜環(huán)境，而且布置方法簡單，也可根據(jù)需要進(jìn)行分布式布置。

附圖說明

本發(fā)明共有附圖2幅，其中：

圖1為人字門裂紋在線檢測系統(tǒng)的流程圖。

圖2為光纖裂紋檢測傳感器的走線示意圖。

圖中：1、光纖裂紋檢測傳感器，2、多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置，3、OTDR模塊，4、嵌入式PC，5、中心服務(wù)器，6、剛性保護(hù)盒A，7、剛性保護(hù)盒B，8、圓柱形底座，9、光纖輸入端，10、光纖輸出端。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述：應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明的工作原理如下：

由于人字門裂紋的發(fā)生方向基本固定，將包有涂覆層的光纖與裂紋易生成方向成一定角度采用特種AB膠粘貼固定在人字門剛體上，線條粗細(xì)要適當(dāng)，且完全包裹住光纖加以保護(hù)，以保證良好的傳感效果。該AB膠為船用膠，質(zhì)硬，經(jīng)長期多次驗(yàn)證可實(shí)現(xiàn)與人字門鋼結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)非常堅(jiān)固的粘貼，且本身就具有很好的防水、防腐蝕特性。在裂縫發(fā)生初始階段，由于AB膠、光纖與鋼體完全固化為一體，裂縫的張力會(huì)逐步使AB膠也產(chǎn)生裂縫，使得其內(nèi)部光纖在裂縫出現(xiàn)位置彎折，產(chǎn)生彎曲損耗，在OTDR測試曲線上表現(xiàn)為一個(gè)明顯的下降沿，由此即可檢測出該裂紋事件并給出具體裂紋發(fā)生位置。而隨著裂紋的不斷擴(kuò)大，其彎曲損耗也會(huì)愈加明顯。在裂紋生長方向采用同樣方法可布設(shè)多條光纖，并且每條光纖可監(jiān)測該行進(jìn)線路上的多處裂縫發(fā)生狀況，實(shí)現(xiàn)裂紋監(jiān)測的準(zhǔn)分布式測量。

本發(fā)明的實(shí)施例如下：

如圖1-2所示，一種人字門裂紋在線檢測系統(tǒng)，包括光纖裂紋檢測傳感器1、多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置2、OTDR模塊3、嵌入式PC4和中心服務(wù)器5；所述的光纖裂紋檢測傳感器1的光纖輸入端9和光纖輸出端10均連接到多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置2上，所述的多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置2還依次與OTDR模塊3、嵌入式PC4和中心服務(wù)器5串聯(lián)連接；所述的OTDR模塊3包括光時(shí)域反射儀；

所述的光纖裂紋檢測傳感器1包括剛性保護(hù)盒A6、剛性保護(hù)盒B7和光纖；所述的剛性保護(hù)盒A6和剛性保護(hù)盒B7之間纏繞多條光纖，每條光纖通過一組圓柱形底座8輔助固定在人字門上；所述的圓柱形底座8有多組，每組兩個(gè)，分兩列布設(shè)在人字門的裂紋易發(fā)區(qū)域的兩側(cè)；所述的圓柱形底座8為可拆卸的圓柱形底座8。

所述的多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置2用于判斷光纖是否發(fā)生斷裂以及斷裂的位置；

所述的OTDR模塊3用于確定裂紋位置與個(gè)數(shù)；

所述的嵌入式PC4用于匯總和發(fā)送數(shù)據(jù)；

所述的中心服務(wù)器5用于數(shù)據(jù)分析與處理、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/備份和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

一種人字門裂紋在線檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括以下步驟：

A、判斷光纖是否發(fā)生斷裂；

A1、多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置2選通光纖輸入端9，通過OTDR模塊3檢測是否出現(xiàn)反射峰，如不出現(xiàn)反射峰則說明光纖通路，并未發(fā)生斷裂；返回重復(fù)步驟A1；

A2、如出現(xiàn)反射峰則說明光纖發(fā)生斷裂，OTDR模塊3同時(shí)確定斷點(diǎn)距離光纖輸入端9的位置；

A3、多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置2再選通光纖輸出端10，通過OTDR模塊3確定斷點(diǎn)距離光纖輸出端10的位置；

B、確定裂紋位置與個(gè)數(shù)；

預(yù)先測量出光纖輸入端9進(jìn)入剛性保護(hù)盒A6時(shí)的位置為x₀，若檢測區(qū)域中出現(xiàn)一條裂紋，并與光纖相交于x₁、x₂、...、x_n，則裂紋x_n位于光纖中的位置n滿足下式：

$n\≤\frac{x_n-x_0-p}{L+p}\≤n+\frac{L}{L+p}$

其中：n為檢測區(qū)域中從光纖輸入端9開始計(jì)數(shù)的第n路光纖，x_n為OTDR模塊3中檢測到得事件位置，p為光纖每經(jīng)過剛性保護(hù)盒A6或剛性保護(hù)盒B7時(shí)纏繞的長度且為常數(shù)，L為檢測區(qū)域中布設(shè)的光纖長度，并近似看做常數(shù)；

裂紋的個(gè)數(shù)直接通過OTDR模塊3中的事件個(gè)數(shù)確定；

C、確定裂紋的發(fā)展趨勢；

若光纖裂紋檢測傳感器1檢測到一處擴(kuò)展的裂紋，并與光纖相交于x_n、x_n+1、...、x_m，則通過下式計(jì)算裂紋長度D：

$D=\frac{d(m-n)}{sin\mathrm{\θ}}$

其中：d為各個(gè)光纖之間的間隔，m為OTDR模塊3檢測到的裂紋的個(gè)數(shù)；θ為裂紋與光纖之間的夾角；所述的裂紋與光纖之間的夾角θ為60°；

裂紋的發(fā)展趨勢通過持續(xù)觀察后續(xù)裂紋與光纖的交點(diǎn)位置x_q來確定，若x_q≥x_n則裂紋向上生長，否則裂紋向下生長；

D、中心服務(wù)器5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；

中心服務(wù)器5將裂紋的位置、個(gè)數(shù)與發(fā)展趨勢進(jìn)行匯總，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與處理、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/備份和遠(yuǎn)程監(jiān)督。

本發(fā)明不局限于本實(shí)施例，任何在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)的等同構(gòu)思或者改變，均列為本發(fā)明的保護(hù)范圍。