材料缺陷、腐蚀和超期服役等因素造成的大量损伤隐患对工程结构运行安全构成了严重威胁，居高不下的维修、维护费用也使工程结构运行成本剧增。本课题深入研究工程结构损伤产生的声发射波与光纤F-P传感器作用机理，建立传感器干涉模型和应变模型；研究用于传感器工作点控制技术，以保证传感器的灵敏度；进行分布式光纤F-P传感器的设计构造与相关理论研究，确定分布式光纤F-P传感器的构造形式；设计标测传感器对连续声波和脉冲校准声波响应特性的技术方法、标准和测定设施，调试和标定所设计的传感器，改进传感器部分技术性能。通过上述研究，提出一种用于工程结构健康监控的新型分布式光纤传感技术用于声发射信号的获取与处理，从而达到对工程结构健康状态在线实时监控和评估。该方法在保障工程结构安全运行、合理设定损伤容限、降低维护费用、灾害预报和延长工作寿命等方面有着重要的意义。

材料缺陷、腐蚀和超期服役等因素造成的大量损伤隐患对工程结构运行安全构成了严重威胁，居高不下的维修、维护费用也使工程结构运行成本剧增。本课题深入研究工程结构损伤产生的声发射波与光纤F-P传感器作用机理，首先建立了光纤Fabry-Perot传感器的多光束干涉模型和受应力波作用的传感模型；针对光纤Fabry-Perot传感器的工作点漂移问题，研究并开发一种双探头传感探头，成功用于传感器工作点控制技术，使两路输出信号处于正交状态，保证了传感器工作点位于正交点，提高了传感器检测应力波的灵敏度；进行分布式光纤F-P传感器的设计构造与相关理论研究，确定分布式光纤F-P传感器的构造形式；设计标测传感器对连续声波和脉冲校准声波响应特性的技术方法、标准和测定设施，调试和标定所设计的传感器，改进传感器部分技术性能。在光纤传感器的定位方法的研究中，通过分析语音信号端点检测的原理，提出将语音信号的短时能量端点检测方法应用于声发射信号到达时间的测定，并采用光纤F-P双探头传感器进行定位实验。首先，运用经验模态分解（EMD）对传感器接收到的声发射信号进行滤波预处理；其次，通过计算声发射信号的短时能量来确定声发射信号的到达时间；最后，根据各传感器检测到的声发射信号的到达时间差进行声发射源定位。实验结果显示，绝对定位精度达到4.9mm，相对精度达到4.67%，证明此方法可行，并达到精度要求。通过上述研究，提出一种用于工程结构健康监控的新型分布式光纤传感技术用于声发射信号的获取与处理，从而达到对工程结构健康状态在线实时监控和评估。该方法在保障工程结构安全运行、合理设定损伤容限、降低维护费用、灾害预报和延长工作寿命等方面有着重要的意义。 2100433B

《灌注桩基础分布式光纤传感检测方法与系统》属于岩土工程监测和检测技术领域和基于分布式光纤传感检测技术领域；尤其涉及灌注桩基础分布式光纤传感检测方法。

灌注桩基础分布式光纤传感检测方法与系统专利目的

《灌注桩基础分布式光纤传感检测方法与系统》正是基于以上光纤传感技术而研发的专门标定分布式应变传感光纤的检测技术。针对传统点式传感器存在的问题，《灌注桩基础分布式光纤传感检测方法与系统》利用了分布式光纤传感技术检测灌注桩身应变分布，据此分析桩的承载能力及桩身完整性。

灌注桩基础分布式光纤传感检测方法与系统技术方案

《灌注桩基础分布式光纤传感检测方法与系统》的技术解决方案是：灌注桩基础分布式光纤传感检测方法，其特征是利用光纤对应变的传感特性，将光纤植入灌注桩内，当混凝土凝固或受到外界荷载时将会和其周边混凝土发生同步变形，其发生的应变大小可认为是桩身混凝土的应变值，鉴于此传感技术为分布式数据采集，即可得到桩身每一点的应变数据，根据应变结合桩身混凝土弹性模量和桩身面积即可推算出桩身轴力分布，轴力的变化速率就反算出侧摩阻力和桩端阻力。侧摩阻力和桩端阻力的运算采用该发明申请人的率定方案和公式。

将封装的分布式传感光纤对称的捆绑在钢筋笼放入钻孔中进行浇注，保护引出接入光纤应变解调仪器进行桩身应变和温度测试，并将数据储存或输出到终端处理器。

静载试验时每级荷载沉降稳定后测试光纤应变值与没有荷载时初始应变之差作为桩身在相应荷载作用下各截面的附加应变值分布。

附加应变值与混凝土弹性模量和桩身截面积的乘积得出桩身在各级荷载下桩身轴力分布，据此计算各土层的各级荷载下侧摩阻力和桩端阻力大小、发展趋势、极限值；根据应变分布变化异常来探测桩身缺陷的位置及类型；根据若干根对称光纤在同一截面点的应变差异判断荷载是否偏心及桩身是否扭曲。

分布式光纤传感器的设置方法极为重要。光纤在桩体环状加上径向双倍长度的分布光纤布置。

光纤铺设时，将带有凹槽的载体铺平于工作台，在凹槽中注入胶水，随即压入单模尼龙光纤抹平，利用吹风加快分干。胶水完全干结后，用线盘将光纤盘好包扎，在盘线过程仔细检查是否有光纤翘起未粘合处，并及时补抹。

将直径为0.9毫米的单模传感光纤利用胶剂粘合到双股护套光纤或电缆的凹槽中风干，定位并标定后作为传感光纤。将传感光纤沿着钢筋笼纵向主筋或导管的侧面进行捆绑铺设，铺设过程中保持光纤垂直并传感光纤一直对外。每

根桩光纤至少铺设两根，对称分布，底部平滑过渡并保护，呈“U”字形。对于多节钢筋笼，最底部可事先帮好再下，以上部分捆绑光纤要与下笼同步，对接处要防止焊接火花灼断光纤。灌入混凝土前要将光纤保护从桩头侧边引出，并做标志定位。

该发明系统包括桩身测试、数据采集、数据传输和储存、数据处理分析四个子系统，参见附图2，其中桩身测试、数据采集子系统为《灌注桩基础分布式光纤传感检测方法与系统》的核心，传感光纤封装、铺设工艺和数据处理分析方法为该发明的技术要点。

普通通讯光纤作为传感光纤植入混凝土前必需进行封装，封装的传感光纤即要抗拉、抗搅乱、抗混凝土冲击等强度要求，其对应变的反应灵敏性也不能受到影响。《灌注桩基础分布式光纤传感检测方法与系统》自创了一套传感光纤的封装工艺，以带有与普通尼龙光纤直径相当宽度凹槽的载体，如双股护套光缆、双芯细电缆等，凹槽中涂入胶水后铺入光纤压合。为方便施工铺设载体以富有一定弹性但又柔软的载体为佳，为防止涂胶后载体及光纤发脆，胶合试剂以软韧且能快速来劲的塑料胶为宜，如102胶。

封装后的传感光纤如何植入到桩体内也是《灌注桩基础分布式光纤传感检测方法与系统》的重要内容，《灌注桩基础分布式光纤传感检测方法与系统》利用桩体内的钢筋或者管件作为载体，桩孔完成后安放钢筋骨架的同时将光纤捆绑在骨架的纵向筋体上同时下放入孔内，孔口保护从侧边引出后灌注混凝土。每孔至少铺设两条光纤，且呈对称分布，底部圆滑相连过渡，光纤铺设要沿钢筋侧边且将光纤对外。针对铺设过程中光纤孔底易过渡弯曲、点焊火花灼断及孔口引出暴露光纤已被人为和机械破坏等问题，提出了相应的保护措施，参见权利保护6。对于地下水活动大的地区还加铺设温度补偿线路，以消除温度影响。此铺设工艺的优点主要有：光纤在桩内笔直不弯曲；光纤不易折断；快速简单，节省工期；留有后备保障，光纤传感器成活率高等。

该测试方法主要配合桩基静载荷试验进行，以桩未加载的桩身应变值作为初始应变，每级荷载稳定后测试桩身应变，以此应变与初始应变的差值——附加应变作为分析系统的基本变量。数据分析系统基于桩身应变模式而开发，分析系统主要有数据预处理、桩身受力计算和成果显示几个模块。数据预处理主要是对异常识别、数据平滑、空间定位等功能；桩身受力分析包括轴力计算、弹性模量修正、桩身轴面修正、各土层摩擦阻力计算、桩端阻力计算等功能；成果以曲线、表格及彩图形式输出。

灌注桩基础分布式光纤传感检测方法与系统改善效果

《灌注桩基础分布式光纤传感检测方法与系统》就以该项为核心发明出一套基于分布式光纤传感灌注桩监测方法和分析系统，该方法系统运用到桩基检测的将会推动该领域一次革新，这是因为与传统的桩基检测手段相比，具有以下优点：

（1）能实现分布式检测，由光纤的一端就可以准确地得到光纤沿线任一点的应力、温度、振动和损伤等信息，且这些信息都为线性或准线性信息，能克服传统点式检测漏检的弊端，提高监测效率，根据这些分布式信息，可以分析桩身应变分布特征，桩身轴力分布特征，桩身变形机理等，为桩基设计提供参考。

（2）最大量程范围达80千米，且传感光纤既能作为传感体又可作为传输体，可以实现长距离、全方位监测，能够满足超深钻孔灌注桩的测试要求。

（3）分布式光纤检测技术作为新型的传感检测技术，它的施工工艺简单，能够与钢筋混凝土协调变形，且能够避免电磁干扰，光波易于屏蔽，外界光的干扰也很难进入光纤，成活率基本达到100％，避免了传统钢筋计的安装方法困难且成活率不高的弊端。

（4）传感光纤的封装是基于普通的通信用单模光纤，所以传感器的成本相对较低，加上成活率较高，因而可以大大节省检测费用，减少检测时间。随着技术的发展，光纤解调设备的研发和制造费用也越来越低，故该项技术能够全面推广。

（5）通过网络可以将其与计算机终端连接在一起，实现远程监控，同时结合计算机软件可以开发出远程实时监控系统、变形预警系统和结构物健康诊断系统等，为最终实现监测自动化提供条件。

（6）BOTDR不需要特制的传感器，只需要一根普通的通信光纤作为传感光纤。BOTDR不需要特制的传感器因此传感光纤的性能和铺设工艺等是BOTDR可以用于桩基检测中的关键方法和装置问题。

该方法系统具有分布式、高精度、安装简便及成本低廉等特点，可适用于各种施工工艺下完成的摩擦桩、端承桩、支盘桩等各种型灌注桩，能与锚桩反压、堆载及自平衡法等加载系统进行配合使用。

图1A、1B是《灌注桩基础分布式光纤传感检测方法与系统》传感光纤封装示意图，图1A是侧视图，图1B是截面图；

图2是《灌注桩基础分布式光纤传感检测方法与系统》基于分布式光纤检测技术的灌注桩检测系统；

图3是《灌注桩基础分布式光纤传感检测方法与系统》分布式桩身变分布图。