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CN112525073B - 一种基于布里渊增益谱特征参数的结构裂缝识别方法 - Google Patents

一种基于布里渊增益谱特征参数的结构裂缝识别方法 Download PDF

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CN112525073B CN202011303735.3A CN202011303735A CN112525073B CN 112525073 B CN112525073 B CN 112525073B CN 202011303735 A CN202011303735 A CN 202011303735A CN 112525073 B CN112525073 B CN 112525073B
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Abstract

本发明提出了一种基于布里渊增益谱的混凝土裂缝位置和宽度识别方法，所述方法采用剪切应力滞后传递模型，根据差分双脉冲对布里渊时域分析技术，建立描述布里渊增益谱峰值和半功率谱宽的两个特征指标
Figure DDA0002787645180000011
和
Figure DDA0002787645180000012
的计算模型，相较于传统的布里渊传感技术，本发明充分利用布里渊解调仪获得的布里渊增益谱信息，可以在裂缝开裂初期定位裂缝位置，可以获得结构裂缝宽度信息，对于评估结构安全性和耐久性具有重大进步，解决了传统分布式布里渊光纤仅仅借助应变信息，难以准确识别结构裂缝出现且无法给出裂缝宽度的难题。

Description

一种基于布里渊增益谱特征参数的结构裂缝识别方法
技术领域
本发明属于结构监测领域，特点是涉及一种基于布里渊增益谱的混凝土裂缝位置和宽度识别方法。
背景技术
土木工程结构裂缝导致外部氯离子等有害物质渗透进入结构内部，加速结构材料性能退化，裂缝的开裂会严重降低工程结构耐久性，缩短结构使用寿命，可能引发如管道渗漏、坝体渗流、隧道渗水、钢筋锈蚀和保护层脱落等诸多安全问题。目前结构裂缝监测多采用传统的点式传感器。传统的点式传感器虽具有灵敏度高、使用简便、价格相对低廉等诸多优点；但在实际操作时，需要人为预知裂缝可能发生的位置和开裂角度，对于一些简单的结构或构筑物工程人员可以凭借经验确定裂缝发生的位置等信息，但现如今土木工程结构日益庞大、复杂，已很难凭借个人经验预判裂缝的发生位置，因此，发展高效的结构裂缝监测技术对于掌握结构状态和保证结构正常使用至关重要。
近些年来，基于布里渊散射的分布式光纤应变传感技术得到了快速的发展。布里渊传感技术是通过分析光纤布里渊频移获得光纤中分布式应变来进行结构裂缝监测的技术，相对于传统的点式应变传感器，布里渊传感技术仅仅使用一根单模光纤，就可以实现沿光纤全长的结构应变监测，特别适用于大型土木工程结构的裂缝等损伤监测。此外，布里渊传感技术还具有传感距离长、不受电磁干扰、耐腐蚀、耐久性强等优点。然而，相对于传统的点式应变监测方法，布里渊传感技术在应变监测的空间分辨率和测量精度等方面，仍然存在一些不足，导致很难直接准确地获取到由于结构裂缝所产生的结构局部应变变化，为准确地识别结构裂缝带来了困难。因此，如何更加有效地利用布里渊传感技术获得的信息(即布里渊增益谱)，对结构裂缝进行高效准确的识别，已经成为结构健康监测领域中亟需解决的难题。
发明内容
本发明的目的是为了充分利用布里渊解调仪获得的布里渊增益谱信息，对结构裂缝位置进行更为准确识别，并对结构裂缝宽度进行预测，提出了一种基于布里渊增益谱的混凝土裂缝位置和宽度识别方法。
本发明是通过以下步骤实现结构裂缝识别的：
步骤一：采用剪切应力滞后传递模型，计算在不同剪切参数条件下由于结构出现不同宽度裂缝在测量光纤内所产生的局部应变场；
步骤二：根据差分双脉冲对布里渊时域分析技术DPP-BOTDA测量原理，模拟泵浦脉冲光、连续探测光和光纤应变场的三波耦合作用，得到不同结构裂缝宽度下由DPP-BOTDA测量获得的光纤内布里渊增益谱；
步骤三：采用洛伦兹模型拟合步骤二所得到的布里渊增益谱，获得布里渊增益谱的峰值和半功率谱宽两个特征参数；
步骤四：建立描述布里渊增益谱峰值和半功率谱宽两个特征参数在结构出现裂缝前后变化的特征指标
Figure RE-BDA0002787645160000021
和
Figure RE-BDA0002787645160000022
步骤五：根据布里渊增益谱的峰值和半功率谱宽两个特征参数在裂缝位置处和非裂缝位置处的变化规律，建立以布里渊增益谱特征指标
Figure RE-BDA0002787645160000023
和
Figure RE-BDA0002787645160000024
为基础的结构裂缝识别指标α；计算沿光纤全长的结构裂缝识别指标α，根据结构裂缝识别指标α数值进行裂缝位置识别；
步骤六：通过步骤二和步骤三的模拟，能够获得结构裂缝处布里渊增益谱峰值和半功率谱宽两个特征参数与结构裂缝宽度的关系，建立以特征指标
Figure RE-BDA0002787645160000025
和
Figure RE-BDA0002787645160000026
为基础的结构裂缝宽度计算模型，进行结构裂缝宽度识别。
进一步地，所述步骤一具体为：针对光纤监测的结构裂缝力学模型，采用式(1)中所述的剪切应力滞后传递模型，计算在不同剪切参数条件下由于结构出现不同宽度裂缝在测量光纤内芯内所产生的局部应变场ε(z)：
Figure RE-BDA0002787645160000027
其中，δ是结构裂缝宽度；γ是剪切应力传递参数,可根据光纤监测布置方案计算求得或者由实验确定；z是光纤位置坐标，其中坐标原点为裂缝中心位置。
进一步地，所述步骤二具体为：根据测量光纤布里渊频率与光纤应变的对应关系，将由式(1)得到的测量光纤内芯中应变分布，转换为该位置处的布里渊频率值；根据差分双脉冲对布里渊时域分析技术DPP-BOTDA测量原理，模拟泵浦脉冲光、连续探测光和光纤应变场的三波耦合作用，得到不同结构裂缝宽度下由DPP-BOTDA解调设备测量获得的光纤内布里渊增益谱。
进一步地，所述步骤三具体为：由DPP-BOTDA解调设备测量获得光纤在不同扫频频率 vi下的布里渊增益谱Bg(vi)；利用式(2)所示方法，识别布里渊增益谱的洛伦兹模型中的特征参数，所述特征参数包括vB是光纤的布里渊频率，g0是布里渊增益谱的峰值和ΔvB是布里渊增益谱的半功率谱宽；
Figure RE-BDA0002787645160000031
进一步地，所述步骤四具体为：当结构出现裂缝时，裂缝位置对应的光纤内获得的布里渊增益谱会表现为谱峰值降低、半功率谱宽变宽、布里渊频率偏移的现象；非裂缝位置处光纤布里渊增益谱仅发生布里渊频率偏移，其谱峰值和半功率谱宽不会发生明显变化；根据以上现象提出了式(3)和式(4)中所示的表征布里渊增益谱峰值和半功率谱宽在结构出现裂缝前后变化的特征指标
Figure RE-BDA0002787645160000032
和
Figure RE-BDA0002787645160000033
Figure RE-BDA0002787645160000034
Figure RE-BDA0002787645160000035
式(3)和式(4)中，
Figure RE-BDA0002787645160000036
和
Figure RE-BDA0002787645160000037
分别表示结构出现裂缝前后所获得的布里渊增益谱峰值；
Figure RE-BDA0002787645160000038
和
Figure RE-BDA0002787645160000039
分别表示结构出现裂缝前后所获得的布里渊增益谱半功率谱宽值。
进一步地，所述步骤五具体为：根据结构出现裂缝时，会引起布里渊增益谱峰值降低和布里渊增益谱半功率谱宽变宽，且其变化规律具有协调一致性，提出式(5)所示的裂缝识别指标α；通过裂缝识别指标α的突然变化，对结构裂缝位置进行有效识别定位；裂缝识别指标α主要与由于裂缝产生的局部附加应变有关，出现裂缝前结构应变状态无关，使得使用裂缝识别指标α进行结构裂缝识别更为鲁棒，适用于不同结构受力状态下的裂缝识别；
Figure RE-BDA0002787645160000041
进一步地，所述步骤六具体为：通过步骤五中的裂缝识别指标α获得结构裂缝位置后，提取裂缝位置处的表征布里渊增益谱峰值和半功率谱宽变化的特征指标
Figure RE-BDA0002787645160000042
和
Figure RE-BDA0002787645160000043
采用式(6)中裂缝宽度估计模型进行裂缝宽度计算：
Figure RE-BDA0002787645160000044
公式(6)中，a1、a2和a3是裂缝宽度估计模型系数；通过最小二乘法识别裂缝宽度估计模型系数a1、a2和a3；当没有结构裂缝宽度测量数据时，则通过数据模拟分析，在不同裂缝宽度和不同剪切应力传递参数γ条件下所获得的光纤布里渊增益谱，再按照公式(2) 至(6)中的步骤，计算得到不同剪切应力传递参数γ下的裂缝宽度估计模型系数。
本发明有益效果：
本发明中提出的一种基于布里渊增益特征谱参数的结构裂缝识别方法，使用了可以反映布里渊增益谱峰值和半功率谱宽的特征参数，构造了结构裂缝识别指标α，克服了传统判断裂缝发生扩展的识别方法仅使用布里渊频移信息难以准确定位结构裂缝的问题，可以在裂缝开裂初期定位裂缝位置，相较于传统的计算布里渊频移变化具有更高的定位精度。
本发明提出的一种基于布里渊增益特征谱参数的结构裂缝识别方法，基于布里渊增益谱峰值和半功率谱宽特征参数的结构裂缝宽度计算，相较于传统的基于布里渊频移的裂缝识别方法无法给出结构裂缝信息，本发明可以获得结构裂缝宽度信息，对于评估结构安全性和耐久性具有重大进步。
附图说明
图1为本发明中的分离式裂缝模型本构关系图；
图2为本发明中裂缝位置处布里渊增益谱图；
图3为本发明中非裂缝位置处布里渊增益谱图；
图4为本发明实施方式中钢筋混凝土梁截面与荷载图；
图5为本发明实施方式中结构裂缝识别指标沿光纤长度分布图；
图6为本发明实施方式中不同位置结构裂缝真实值与估计值比较图。
图7为本发明所述方法的实施流程图。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出了一种基于布里渊增益谱的混凝土裂缝位置和宽度识别方法，所述方法具体为：步骤一：采用剪切应力滞后传递模型，计算在不同剪切参数条件下由于结构出现不同宽度裂缝在测量光纤内所产生的局部应变场；
步骤二：根据差分双脉冲对布里渊时域分析技术DPP-BOTDA测量原理，模拟泵浦脉冲光、连续探测光和光纤应变场的三波耦合作用，得到不同结构裂缝宽度下由DPP-BOTDA测量获得的光纤内布里渊增益谱；
步骤三：采用洛伦兹模型拟合步骤二所得到的布里渊增益谱，获得布里渊增益谱的峰值和半功率谱宽两个特征参数；
步骤四：建立描述布里渊增益谱峰值和半功率谱宽两个特征参数，在结构出现裂缝前后变化的特征指标
Figure RE-BDA0002787645160000051
和
Figure RE-BDA0002787645160000052
步骤五：根据布里渊增益谱的峰值和半功率谱宽两个特征参数在裂缝位置处和非裂缝位置处的变化规律，建立以布里渊增益谱特征指标
Figure RE-BDA0002787645160000053
和
Figure RE-BDA0002787645160000054
为基础的结构裂缝识别指标α；计算沿光纤全长的结构裂缝识别指标α，根据结构裂缝识别指标α数值进行裂缝位置识别；
步骤六：通过步骤二和步骤三的模拟，还可获得结构裂缝处布里渊增益谱峰值和半功率谱宽两个特征参数与结构裂缝宽度的关系，建立以特征指标
Figure RE-BDA0002787645160000055
和
Figure RE-BDA0002787645160000056
为基础的结构裂缝宽度计算模型，进行结构裂缝宽度识别。
所述步骤一具体为：针对光纤监测的结构裂缝力学模型，采用式(1)中所述的剪切应力滞后传递模型，计算在不同剪切参数条件下由于结构出现不同宽度裂缝在测量光纤内芯内所产生的局部应变场ε(z)
Figure RE-BDA0002787645160000061
其中，δ是结构裂缝宽度(单位：m)；γ是剪切应力传递参数(单位：m-1),可根据光纤监测布置方案计算求得或者由实验确定；z是光纤位置坐标(单位：m)，其中坐标原点为裂缝中心位置。
所述步骤二具体为：根据测量光纤布里渊频率与光纤应变的对应关系，将由式(1)得到的测量光纤内芯中应变分布，转换为该位置处的布里渊频率值；根据差分双脉冲对布里渊时域分析技术DPP-BOTDA测量原理，模拟泵浦脉冲光、连续探测光和光纤应变场的三波耦合作用，得到不同结构裂缝宽度下由DPP-BOTDA解调设备测量获得的光纤内布里渊增益谱。
所述步骤三具体为：由DPP-BOTDA解调设备测量获得光纤在不同扫频频率vi下的布里渊增益谱Bg(vi)；利用式(2)中所示方法，识别布里渊增益谱的洛伦兹模型中的特征参数(vB是光纤的布里渊频率，g0是布里渊增益谱的峰值，ΔvB是布里渊增益谱的半功率谱宽)；
Figure RE-BDA0002787645160000062
所述步骤四具体为：当结构出现裂缝时，裂缝位置对应的光纤内获得的布里渊增益谱会表现为谱峰值降低、半功率谱宽变宽、布里渊频率偏移的现象；非裂缝位置处光纤布里渊增益谱仅发生布里渊频率偏移，其谱峰值和半功率谱宽不会发生明显变化。基于上述特点，提出了式(3)和式(4)中所示的表征布里渊增益谱峰值和半功率谱宽在结构出现裂缝前后变化的特征指标
Figure RE-BDA0002787645160000063
和
Figure RE-BDA0002787645160000064
Figure RE-BDA0002787645160000065
Figure RE-BDA0002787645160000071
式(3)和式(4)中，
Figure RE-BDA0002787645160000072
和
Figure RE-BDA0002787645160000073
分别表示结构出现裂缝前后所获得的布里渊增益谱峰值；
Figure RE-BDA0002787645160000074
和
Figure RE-BDA0002787645160000075
分别表示结构出现裂缝前后所获得的布里渊增益谱半功率谱宽值。
所述步骤五具体为：根据结构出现裂缝时，会引起布里渊增益谱峰值降低和布里渊增益谱半功率谱宽变宽，且其变化规律呈较好的协调一致性，提出式(5)所示的裂缝识别指标α；如果结构未出现裂缝位置对应的光纤中裂缝识别指标α取值会很小，而结构出现裂缝位置对应的光纤中裂缝识别指标α取值会突然增加；因此，可以通过使得通过裂缝识别指标α的突然变化，对结构裂缝位置进行有效识别定位；此外，裂缝识别指标α主要与由于裂缝产生的局部附加应变有关，出现裂缝前结构应变状态无关，使得使用裂缝识别指标α进行结构裂缝识别更为鲁棒，适用于不同结构受力状态下的裂缝识别；
Figure RE-BDA0002787645160000076
所述步骤六具体为：通过步骤五中的裂缝识别指标α获得结构裂缝位置后，提取裂缝位置处的表征布里渊增益谱峰值和半功率谱宽变化的特征指标
Figure RE-BDA0002787645160000077
和
Figure RE-BDA0002787645160000078
采用式(6)中裂缝宽度估计模型进行裂缝宽度计算；
Figure RE-BDA0002787645160000079
公式(6)中，a1、a2和a3是裂缝宽度估计模型系数；结合由其它测量方式(例如，裂缝计)获得的结构裂缝宽度数据，通过最小二乘法识别裂缝宽度估计模型系数a1、a2和 a3；当结构裂缝之间距离较宽时，裂缝宽度估计模型仅仅与步骤一中是光纤剪切应力传递参数γ有关，与结构应变无关。因此，上述在一个裂缝处获得裂缝宽度估计模型，能用于其它位置裂缝宽度的预测；当没有结构裂缝宽度测量数据时，可以通过数据模拟分析，在不同裂缝宽度和不同剪切应力传递参数γ条件下所获得的光纤布里渊增益谱，再按照公式(2)至(6)中的步骤，计算得到不同剪切应力传递参数γ下的裂缝宽度估计模型系数。
本实施例以一次钢筋混凝土梁两点弯曲的数值模拟算例，来说明本发明所提出的一种基于布里渊增益谱的混凝土裂缝位置和宽度识别方法：
本算例中钢筋混凝土梁截面尺寸为400mm×250mm的钢筋混凝土梁，梁长为4m，净跨为3.6m，支座距端面尺寸均为200mm；在钢筋混凝土梁下表面粘贴光纤，用于测量钢筋混凝土梁下表面应变值，钢筋混凝土梁受到2个集中荷载分别作用在距左支座1.2m 和2.4m处。两个集中荷载大小一致，并逐级增大。
在本算例中，假设当混凝土梁底中部正应变分别达到200με,400με,600με, 800με,1000με时，混凝土底部出现三个裂缝，裂缝位置分别距离左支座600mm，1200mm 和1800mm。裂缝宽度逐渐由0.02mm宜0.02mm的速度扩展到0.1mm。光纤剪切应力传递参数γ取为40m-1。
根据测量光纤布里渊频率与光纤应变的对应关系，针对图1中所示光纤监测的结构裂缝力学模型，将由式(1)得到的测量光纤内芯中应变分布，转换为该位置处的布里渊频率值。根据差分双脉冲对布里渊时域分析技术DPP-BOTDA测量原理，模拟泵浦脉冲光、连续探测光和光纤应变场的三波耦合作用，得到不同结构裂缝宽度下由DPP-BOTDA解调设备测量获得的光纤内布里渊增益谱；在布里渊增益谱模拟过程中，布里渊应变解调仪的空间分辨率是5cm，应变读数空间间隔为1cm；图5给出了当裂缝宽度为0.02mm时，模拟得到光纤不在同位置的布里渊增益谱。
利用模拟获得的光纤布里渊增益谱，采用公式(2)中的洛伦兹模型拟合方法，获得沿光纤长度每一个测量位置处的光纤布里渊频率vB，布里渊增益谱的峰值g0，布里渊增益谱的半功率谱宽ΔvB。
利用公式(3)和(4)，计算沿光纤长度上每一个数据测量点的表征光纤布里渊增益谱峰值和半功率谱宽变化的特征指标
Figure RE-BDA0002787645160000081
和
Figure RE-BDA0002787645160000082
根据计算得到的特征指标
Figure RE-BDA0002787645160000083
和
Figure RE-BDA0002787645160000084
利用公式(5)计算光纤裂缝识别指标α。图 5给出了裂缝识别指标α沿光纤长度方向的分布值，可以明显看出在非裂缝处裂缝识别指标α取值很小，而在裂缝位置裂缝识别指标α取值明显偏大；并且，随着裂缝宽度的增加，裂缝位置裂缝识别指标α迅速增大，而非裂缝处裂缝识别指标α保持不变。由此可以看出，裂缝识别指标α可以有效地识别出结构裂缝位置。
在确定裂缝位置后，提取裂缝位置处的特征指标
Figure RE-BDA0002787645160000085
和
Figure RE-BDA0002787645160000086
这里假设裂缝1的宽度已经由其它方式测量(例如裂缝计)得到，则按照公式(6)中给出的结构裂缝宽度估计模型，采用最小二乘法拟合得到，可以对裂缝1的结构裂缝宽度估计模型系数。利用由裂缝1获得的结构裂缝宽度估计模型，并结合光纤测量的布里渊增益谱可以对裂缝1、2 和3的宽度进行预测。图6给出了实际裂缝宽度与模型预测值得对比，可以看出所得到的结构裂缝宽度估计模型，仅仅利用光纤测量的布里渊增益谱信息，可以比较准确地估计不同位置的结构裂缝宽度。由此证明了上述结构裂缝宽度估计模型与裂缝处的结构应变分布无关。因此，结构裂缝宽度估计模型对于不同位置结构裂缝的宽度估计有很好的适应性。
在实际应用中，根据光纤在实际结构上的黏贴方式确定对应的剪切应力传递参数γ，再采用相应的裂缝宽度估计模型进行实际结构裂缝宽度的估计。
在实际应用中，如果同时安装了裂缝计和光纤，可以使用裂缝计测量的裂缝宽度并结合光纤测量的布里渊增益谱，按照公式(2)至(6)中的步骤，建立结构裂缝宽度估计模型，并将该模型用于光纤其它没有安装裂缝计位置的裂缝宽度估计。
在实际应用中，如果只安装了光纤没有安装裂缝计，可以根据光纤在实际结构黏贴方式，通过实验确定对应的剪切应力传递参数γ，在剪切应力传递参数γ后，采用上述模拟得到的对应的裂缝宽度预测模型系数，进行结构裂缝宽度估计。
以上对本发明所提出的一种基于布里渊增益谱的混凝土裂缝位置和宽度识别方法，进行了详细介绍，本文中应用了数值模拟算例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于布里渊增益谱特征参数的结构裂缝识别方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
步骤一：采用剪切应力滞后传递模型，计算在不同剪切参数条件下由于结构出现不同宽度裂缝在测量光纤内所产生的局部应变场；
步骤二：根据差分双脉冲对布里渊时域分析技术DPP-BOTDA测量原理，模拟泵浦脉冲光、连续探测光和光纤应变场的三波耦合作用，得到不同结构裂缝宽度下由DPP-BOTDA测量获得的光纤内布里渊增益谱；
步骤三：采用洛伦兹模型拟合步骤二所得到的布里渊增益谱，获得布里渊增益谱的峰值和半功率谱宽两个特征参数；
步骤四：建立描述布里渊增益谱峰值和半功率谱宽两个特征参数在结构出现裂缝前后变化的特征指标
Figure FDA0003537969620000011
和
Figure FDA0003537969620000012
步骤五：根据布里渊增益谱的峰值和半功率谱宽两个特征参数在裂缝位置处和非裂缝位置处的变化规律，建立以布里渊增益谱特征指标
Figure FDA0003537969620000013
和
Figure FDA0003537969620000014
为基础的结构裂缝识别指标α；计算沿光纤全长的结构裂缝识别指标α，根据结构裂缝识别指标α数值进行裂缝位置识别；
所述步骤五具体为：根据结构出现裂缝时，会引起布里渊增益谱峰值降低和布里渊增益谱半功率谱宽变宽，且其变化规律具有协调一致性，提出式(5)所示的裂缝识别指标α；通过裂缝识别指标α的突然变化，对结构裂缝位置进行有效识别定位；裂缝识别指标α主要与由于裂缝产生的局部附加应变有关，出现裂缝前结构应变状态无关，使得使用裂缝识别指标α进行结构裂缝识别更为鲁棒，适用于不同结构受力状态下的裂缝识别；
Figure FDA0003537969620000015
步骤六：通过步骤二和步骤三的模拟，能够获得结构裂缝处布里渊增益谱峰值和半功率谱宽两个特征参数与结构裂缝宽度的关系，建立以特征指标
Figure FDA0003537969620000016
和
Figure FDA0003537969620000017
为基础的结构裂缝宽度计算模型，进行结构裂缝宽度识别；
所述步骤六具体为：通过步骤五中的裂缝识别指标α获得结构裂缝位置后，提取裂缝位置处的表征布里渊增益谱峰值和半功率谱宽变化的特征指标
Figure FDA0003537969620000018
和
Figure FDA0003537969620000019
采用式(6)中裂缝宽度估计模型进行裂缝宽度计算：
Figure FDA0003537969620000021
公式(6)中，a1、a2和a3是裂缝宽度估计模型系数；通过最小二乘法识别裂缝宽度估计模型系数a1、a2和a3；当没有结构裂缝宽度测量数据时，则通过数据模拟分析，在不同裂缝宽度和不同剪切应力传递参数γ条件下所获得的光纤布里渊增益谱，再按照公式(2)至(6)中的步骤，计算得到不同剪切应力传递参数γ下的裂缝宽度估计模型系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤一具体为：针对光纤监测的结构裂缝力学模型，采用式(1)中所述的剪切应力滞后传递模型，计算在不同剪切参数条件下由于结构出现不同宽度裂缝在测量光纤内芯内所产生的局部应变场ε(z)：
Figure FDA0003537969620000022
其中，δ是结构裂缝宽度；γ是剪切应力传递参数,可根据光纤监测布置方案计算求得或者由实验确定；z是光纤位置坐标，其中坐标原点为裂缝中心位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤二具体为：根据测量光纤布里渊频率与光纤应变的对应关系，将由式(1)得到的测量光纤内芯中应变分布，转换为该位置处的布里渊频率值；根据差分双脉冲对布里渊时域分析技术DPP-BOTDA测量原理，模拟泵浦脉冲光、连续探测光和光纤应变场的三波耦合作用，得到不同结构裂缝宽度下由DPP-BOTDA解调设备测量获得的光纤内布里渊增益谱。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤三具体为：由DPP-BOTDA解调设备测量获得光纤在不同扫频频率vi下的布里渊增益谱Bg(vi)；利用式(2)所示方法，识别布里渊增益谱的洛伦兹模型中的特征参数，所述特征参数包括vB是光纤的布里渊频率，g0是布里渊增益谱的峰值和ΔvB是布里渊增益谱的半功率谱宽；
Figure FDA0003537969620000023
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤四具体为：当结构出现裂缝时，裂缝位置对应的光纤内获得的布里渊增益谱会表现为谱峰值降低、半功率谱宽变宽、布里渊频率偏移的现象；非裂缝位置处光纤布里渊增益谱仅发生布里渊频率偏移，其谱峰值和半功率谱宽不会发生明显变化；根据以上现象提出了式(3)和式(4)中所示的表征布里渊增益谱峰值和半功率谱宽在结构出现裂缝前后变化的特征指标
Figure FDA0003537969620000031
和
Figure FDA0003537969620000032
Figure FDA0003537969620000033
Figure FDA0003537969620000034
式(3)和式(4)中，
Figure FDA0003537969620000035
和
Figure FDA0003537969620000036
分别表示结构出现裂缝前后所获得的布里渊增益谱峰值；
Figure FDA0003537969620000037
和
Figure FDA0003537969620000038
分别表示结构出现裂缝前后所获得的布里渊增益谱半功率谱宽值。
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