基于光频域反射计技术的混凝土裂缝识别与监测 
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Identification and Monitoring of Concrete Cracks Based on Optical Frequency Domain Reflectometry Technique
1 苏州科技大学土木工程学院, 江苏 苏州 215011
2 南京大学地球科学与工程学院, 江苏 南京 210046
3 苏州南智传感科技有限公司, 江苏 苏州 215123
图 & 表
图 1. OFDR工作原理示意图
Fig. 1. Working principle of OFDR
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图 2. 光缆实物图
Fig. 2. Picture of optical cable
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图 3. OFDR解调仪
Fig. 3. OFDR demodulation instrument
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图 4. 光纤布设图。(a)开裂前;(b)开裂后
Fig. 4. Schematic of fiber arrangement. (a) Before cracking; (b) after cracking
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图 5. 应变曲线。(a)空间分辨率1 cm;(b)空间分辨率5 mm;(c)空间分辨率2 mm
Fig. 5. Strain curves. (a) 1 cm spatial resolution; (b) 5 mm spatial resolution; (c) 2 mm spatial resolution
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图 6. 三种空间分辨率下的监测结果对比
Fig. 6. Comparison of monitoring results under three spatial resolutions
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图 7. 裂缝宽度的测量值与真实值
Fig. 7. Comparison of measured and real values of crack width
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图 8. 试验方案。(a)实物图;(b)示意图
Fig. 8. Experimental scheme. (a) Actual picture; (b) schematic diagram
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图 9. 混凝土梁底面开裂图
Fig. 9. Cracking diagram of concrete beam bottom
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图 10. 光缆一在各级加载下的应变
Fig. 10. Strain of fiber 1 at each loading level
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图 11. 光缆二在各级加载下的应变
Fig. 11. Strain of fiber 2 at each loading level
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图 12. 裂缝4在各级荷载下的宽度数据图
Fig. 12. Width of crack 4 at each loading level
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图 13. 裂缝实拍图。(a) 0.10 mm裂缝;(b) 0.22 mm裂缝;(c) 0.34 mm裂缝
Fig. 13. Pictures of cracks. (a) Crack with 0.10 mm width; (b) crack with 0.22 mm width; (c) crack with 0.34 mm width
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表 1距离固定端的间距
Table1. Distance to fixed end
| Optical fiber number | L1 | L2 | L3 | L4 |
|---|
| L /cm | 18.6 | 21.0 | 37.2 | 40.2 |
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表 2裂缝位置实测数据与OFDR测量数据的对比
Table2. Comparison of measured crack position data and measurement results of OFDR
| CrackNumber | Measuredposition /m | Position under 1 cmspatial resolution | Position under 5 mmspatial resolution | Position under 2 mmspatial resolution |
|---|
| First | Second | Third | First | Second | Third | First | Second | Third |
|---|
| 1 | 3.950 | 3.950 | 3.950 | 3.950 | 3.950 | 3.950 | 3.950 | 3.952 | 3.952 | - | | 2 | 4.462 | 4.460 | 4.460 | 4.460 | 4.460 | 4.460 | 4.460 | 4.460 | 4.460 | - | | 3 | 4.963 | 4.960 | 4.960 | 4.960 | 4.965 | 4.965 | 4.965 | 4.964 | 4.964 | - | | 4 | 5.450 | 5.450 | 5.450 | 5.450 | 5.450 | 5.445 | 5.450 | 5.450 | 5.450 | - |
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表 3裂缝实际宽度与实测数据对比
Table3. Comparison of actual and measured values of crack widths
| Crack No. | Measurement value /mm | Actual value /mm | Absolute error /mm | Relative error /% |
|---|
| 1 | 0.178 | 0.180 | -0.002 | -1.111 | | 2 | 0.202 | 0.200 | 0.002 | 1.000 | | 3 | 0.277 | 0.280 | -0.003 | -1.071 | | 4 | 0.303 | 0.310 | -0.007 | -2.258 | | 5 | 0.166 | 0.160 | 0.006 | 3.750 | | 6 | 0.199 | 0.200 | -0.001 | -0.500 | | 7 | 0.179 | 0.180 | -0.001 | -0.556 | | 8 | 0.288 | 0.280 | 0.008 | 2.857 | | 9 | 0.238 | 0.240 | -0.002 | -0.833 | | 10 | 0.151 | 0.160 | -0.009 | -5.625 |
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吴静红, 刘浩, 杨鹏, 蒋娜. 基于光频域反射计技术的混凝土裂缝识别与监测[J]. 激光与光电子学进展, 2019, 56(24): 241201. Jinghong Wu, Hao Liu, Peng Yang, Na Jiang. Identification and Monitoring of Concrete Cracks Based on Optical Frequency Domain Reflectometry Technique[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2019, 56(24): 241201.
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