申请/专利权人：中国科学院上海光学精密机械研究所

申请日：2022-07-15

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN115171342B

主分类号：G08B21/10

分类号：G08B21/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2022.10.28#实质审查的生效;2022.10.11#公开

摘要：一种基于分布式光纤传感的山体动态响应监测方法，包括：构建分布式光纤传感网络；施加动态激励，采集山体结构动态响应信号；对采集的动态响应信号进行频域和时域信号处理；模态参数识别，并构建模态参数模型；模态参数模型验证与修正；长时间持续监测，跟踪地质结构变化。本发明充分利用分布式光纤传感的分布式优势，采用传感光缆和光纤传感单元相结合的布设方式，同时具有大规模和高灵敏度的探测能力，能够实现山体动态响应的全天候持续监测。结合模态分析的方法，提取山体不同位置动态响应的差异化特征，判断不同山体结构的稳定状态，追踪地质结构的渐变过程。本发明是对现有山体动态响应监测技术的补充，有效地推动了地质灾害研究和早期预警。

主权项：1.一种基于分布式光纤传感的山体动态响应监测方法，其特征在于，包含下列步骤：1构建分布式光纤传感网络：包括分布式光纤振动传感器、多根传感光纤和若干光纤传感单元；所述光纤传感单元分布在山体基岩表面，作为山体各位置动态采样点，各光纤传感单元之间通过传感光纤相连，并通过传感光纤与所述分布式光纤振动传感器相连；2对山体结构施加一个动态激励，利用分布式光纤传感网络采集同一时刻山体各位置的动态响应信号；获取山体动态响应信号的时间-空间分布Vz,t，其中z为沿传感光纤的轴向位置，t为分布式光纤传感系统信号采样时刻；3对采集的动态响应信号进行频域和时域信号处理，得到山体结构的脉冲响应函数Hf，具体如下：设稳定状态下的地质结构为时不变系统，选取距离激励点较近且响应信号幅值较大的稳定结构作为参考点，选取山体结构具有代表性且信噪好的位置作为响应点；分别将参考点和各响应点的动态响应Vz,t进行时频分析，得到动态响应信号的时间-频率分布zg为参考点或相应点的位置，f为所述的动态响应频率，ts、te分别是某次动态响应下山体振动的开始和结束时刻，ψt,τ为选取的时域窗函数；对于相同的动态激励，将参考点处的动态响应作为系统输入，响应点处的动态响应作为系统输出，计算山体结构的脉冲响应函数Hf，公式如下：Hf＝Syt,fSxt,f4拟合脉冲响应函数曲线，通过模态参数识别方法得到山体结构模态参数模型，具体如下：由动力学典型方程其中，参考点处的动态响应表达式ft＝Fejωt，响应点处的动态响应表达式xt＝Xejωt，山体结构频响函数表达式为：其中m为结构的质量，c为结构的阻尼，k为结构的刚度；对所述的步骤3中脉冲响应函数Hf进行曲线拟合，将拟合曲线对比Hω进行模态参数识别可以得到每一阶模态的一组模态参数模型，包括固有频率、模态振型、模态阻尼、模态刚度和模态质量；5模态参数模型验证与修正：对模态参数识别所得结果的正确性进行检验，根据模态参数模型构建脉冲响应函数并与实测到的脉冲响应函数进行对比，修正模态参数模型，使二者更接近，提升模态参数识别效果与泛化能力，为进一步动力学分析奠定基础；6长时间持续监测，跟踪地质结构变化：针对多次动态激励，持续采集山体动态响应信号，按照前述步骤识别每次动态激励影响下的模态参数，进而由模态参数模型推测地质结构随时间的变化。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于分布式光纤传感的山体动态响应监测方法

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