本發明涉及水工結構光纖振動傳感效能測試領域，具體涉及一種復雜服役環境下水工結構光纖振動傳感效能測試平臺。

背景技術：

1、得益于計算機性能躍升、光學元件成本降低、制造精密度提高等有利條件，近十余年分布式光纖振動傳感技術得到了飛速發展，特別是正在安防警戒、軌跡跟蹤、波場傳遞等領域廣泛落地應用，實現了全范圍、高動態、廣頻域的目標監測，取得了傳統監測技術手段不能實現的分析效果，推動甚至引領了上述領域的新一輪技術革命。

2、光纖傳感技術在結構健康監測領域也得到高度關注與研究，光纖光柵測縫、分布式光纖測滲、分布式光纖沉降測量等技術已先后取得試驗論證、工程應用和規范采納，但值得注意的是，隨著光纖監測范圍的提升，如何保證空間尺度上各點測量信息的精確度和有效性，成為了擺在工程技術人員面前的一道難題，而解題思路涉及光纖傳感元件封裝和布設、光信號解調和校準、儀器系統封裝和測試等諸多方面，使得當結構健康監測提出大范圍、高精度的需求時，想要光纖傳感技術得以成功運用，相關研發工作仍然任重而道遠。

3、分布式光纖振動傳感技術，進一步增加了時間尺度的測量功能，使得監測數據量發生了指數級別的提升，對技術研發工作提出了更高需求。目前，光信號解調、光傳感元件設計、光纜布設方法、光數字信號系統研發等工作都取得了較大進步，但涉及與具體結構進行耦合時，光信號校準的相關研究成果不足。特別是當工程結構所處環境復雜，環境特征對各測量信號組成成分的影響模式可借鑒成果少，分布式光纖振動傳感效能未知。

4、大壩、水閘、水塔等水工結構是此類工程結構的代表，當光纖傳感元件布設于結構中時，將同步受波浪荷載、水環境腐蝕、日照輻射、干濕變化、振動激勵以及自身結構性態影響，前述光信號解調方法、光傳感元件設計、光纜布設方法、系統誤差等因素亦帶來更多干擾，在室內開展精密的分布式光纖振動傳感效能測試是技術走向落地應用的必需前置條件。

5、如何在有限的空間內布設模擬盡可能多的水工結構服役環境條件是提高試驗經濟性、可行性和易用性的關鍵問題，這些環境條件的模擬裝置應可精敏控制、布局需高效合理、操作應井然有序、彼此可自由靈活搭配，為了實現上述目標，更好的服務光纖振動傳感效能測試工作，迫切需要設計一種高度模塊化、集成化的測試平臺。

技術實現思路

1、發明目的：針對現有技術的不足，本發明公開一種復雜服役環境下水工結構光纖振動傳感效能測試平臺，根據具體水工結構特點快速布置模擬復雜服役環境，開展便捷、高精度、多工況的分布式光纖振動測試效能評估，根據測試平臺的效能測試結果，可以進一步提升光纖傳感設備性能，提高工程實際應用精度和可靠性。

2、技術方案：本發明公開一種復雜服役環境下水工結構光纖振動傳感效能測試平臺，包括可拆卸模型基座模塊、復雜服役環境仿真模塊、激勵傳動模塊、水循環模塊以及傳感控制模塊，所述可拆卸模型基座模塊設置于復雜服役環境仿真模塊內，所述可拆卸模型基座模塊與所述激勵傳動模塊傳動連接，所述水循環模塊與所述復雜服役環境仿真模塊連接；

3、所述可拆卸模型基座模塊上固定承載有試驗模型，所述試驗模型中設置有水工結構模型振動響應光纖傳感元件，通過所述激勵傳動模塊對試驗模型施加必要的振動激勵，所述水循環模塊與復雜服役環境仿真模塊為所述試驗模型提供預設的水環境參數、空氣環境參數條件；

4、所述傳感控制模塊包括設置于復雜服役環境仿真模塊、水循環模塊內的空氣環境參數傳感器、水環境參數傳感器，用于檢測復雜服役環境仿真模塊、水循環模塊內的空氣環境參數、水環境參數；所述空氣環境參數傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、紫外線強度傳感器，所述水環境參數傳感器包括水位傳感器、酸根離子濃度傳感器；

5、所述傳感控制模塊還包括控制器與光纖解調儀，所述控制器分別與復雜服役環境仿真模塊、激勵傳動模塊、水循環模塊的控制端連接，用于根據空氣環境參數、水環境參數以及激勵傳動需求進行智能控制；所述光纖解調儀與所述水工結構模型振動響應光纖傳感元件連接。

6、進一步地，所述可拆卸模型基座模塊包括固定基座、振動平臺、隔水橡膠布、滾動軸以及模型澆筑平臺；所述固定基座固定于地面，其內側表面與激勵傳動方向垂直的方向間隔滾動設置有若干滾動軸，所述振動平臺置于所述滾動軸上，所述振動平臺兩側與固定基座之間通過限位彈簧連接；所述振動平臺與固定基座間通過隔水橡膠布密封，所述振動平臺表面可拆卸設置有模型澆筑平臺，所述試驗模型澆注于所述模型澆筑平臺上；所述振動平臺通過固定基座兩側開口槽與所述激勵傳動模塊傳動連接；所述固定基座、振動平臺以及模型澆筑平臺與所述復雜服役環境仿真模塊連通，使所述試驗模型位于所述復雜服役環境仿真模塊內。

7、進一步地，所述振動平臺表面還設置有一對圓柱形凸起，所述模型澆筑平臺設置有與所述圓柱形凸起對應匹配的凹槽；所述振動平臺與所述模型澆筑平臺上對應設置有若干固定通孔，通過固定通孔與螺栓實現振動平臺與模型澆筑平臺的可拆卸連接。

8、進一步地，所述復雜服役環境仿真模塊包括與可拆卸模型基座模塊連通的水下環境仿真水槽，所述水下環境仿真水槽通過若干支撐腳固定；所述水下環境仿真水槽中設置有水位傳感器和酸根離子濃度傳感器；所述復雜服役環境仿真模塊還包括設置于水下環境仿真水槽上方的日照輻射環境仿真組件、降雨環境仿真組件、波浪砰擊環境仿真組件；

9、所述水下環境仿真水槽用于模擬水下及空氣-水過渡區涉水結構性態，與所述水循環模塊連通，以控制水位和水體酸根離子濃度，日照輻射環境仿真組件用于模擬真實日照條件，包括溫度、濕度、紫外線的影響，降雨環境仿真組件用于模擬水工結構不同強度降雨下的性態表現，波浪砰擊環境仿真組件用于模擬波浪對水工結構的影響。

10、進一步地，所述水下環境仿真水槽四周設置多個導軌支柱，與所述水下環境仿真水槽兩邊平行的導軌支柱上設置有導軌，一對所述導軌之間滑動連接有復合功能架，所述復合功能架通過復合功能架橫槽連接有日照輻射環境仿真組件、降雨環境仿真組件；所述日照輻射環境仿真組件包括白熾燈和紫外燈，所述降雨環境仿真組件包括連接于復合功能架橫槽上的降雨水管，所述降雨水管與所述水循環模塊之間通過壓縮泵連通。

11、進一步地，所述波浪砰擊環境仿真組件包括滑動連接于導軌的頂部固定掛臺，所述頂部固定掛臺下設置有造浪板，所述造浪板為上寬下窄內部空心結構，所述頂部固定掛臺還與所述激勵傳動模塊傳動連接。

12、進一步地，所述激勵傳動模塊包括激振器、激振器平臺以及振動傳導架，所述激振器平臺放置于所述導軌上，所述激振器設置于激振器平臺上，所述激振器通過激振桿連接有振動傳導架，所述振動傳導架與所述振動平臺之間通過振動平臺翼板連接；所述激振器工作時，所述激振器平臺由限位夾固定于導軌上。

13、進一步地，所述激振器通過激振桿還連接有波浪砰擊環境仿真組件。

14、進一步地，所述振動傳導架為異形結構，包括沿導軌方向的水平振動傳導構件和豎向振動傳導構件，水平振動傳導構件由一側導軌穿入，其頂端設有密集排列的槽口，槽口內插有振動傳遞變位構件，振動傳遞變位構件另一端與激振桿末端固定連接，水平振動傳導構件與豎向振動傳導構件固定連接，豎向振動傳導構件兩側與振動平臺翼板固定連接。

15、進一步地，所述水循環模塊包括凈水水箱、含酸根離子水水箱以及連通管，所述凈水水箱與含酸根離子水水箱并排放置于所述復雜服役環境仿真模塊一側，所述凈水水箱設置有進水口，且其與含酸根離子水水箱之間設置聚丙烯膜，所述凈水水箱與含酸根離子水水箱分別由連通管引出，沿水下環境仿真水槽布設后與復雜服役環境仿真模塊連接。

16、有益效果

17、1、本發明通過模塊化設計，兼顧試驗條件的多樣性和擴展性，可拆卸模型基座模塊以精確定位與快速拆卸為特點，大幅提高試驗效率，支持不同試驗對象模型的靈活更換。復雜服役環境仿真模塊與水循環模塊實現了服役環境的全方位模擬，涵蓋水下環境、波浪砰擊、日照輻射及降雨強度等多種工況。水循環模塊的精準調控功能，能夠實現水體酸根離子濃度和水位的精確控制，為復雜環境下的水工結構光纖振動傳感性能研究提供了真實、動態的測試條件。此外，通過傳感控制模塊的計算機精確調節功能，該平臺能夠動態調整光照強度、降雨條件和水流參數，滿足復雜環境變量同時作用的試驗需求。激勵傳動模塊的設計兼具高精度激勵和多功能仿真能力。通過異形振動傳導構件和導軌支撐的聯合應用，該模塊可以靈活地在地震激勵、波浪作用或兩者聯合作用下模擬實際工況。模塊化組合方式確保了激勵模式的多樣性，并支持激振器平臺位置的快速調整，實現不同工況下水工結構振動響應的全面分析。該平臺以精準的測試能力、靈活的環境模擬、多樣的激勵模式和高效的模型更換流程，為復雜服役環境下的水工結構光纖振動傳感效能研究提供了有力的技術支持，具有顯著的應用價值和推廣潛力。

18、2、本發明設計的可拆卸模型基座模塊的固定基座與振動平臺之間的滾動軸可以使滾動軸滾動的同時不發生橫移或旋轉，滾動軸可以在固定基座與振動平臺之間起到減少摩擦力作用，并且振動平臺不發生較大位移。在振動平臺兩側與固定基座之間通過限位彈簧連接，可以對振動平臺的激勵振動起到緩沖作用。振動平臺與模型澆筑平臺之間可拆卸連接，可以方便振動平臺上更換試驗模型，在更換時只需要拆除模型澆筑平臺與模型澆筑平臺上的試驗模型即可，更換試驗模型時，通過重新更換一個模型澆筑平臺。

19、3、本發明設計的圓柱形凸起對振動平臺與模型澆筑平臺之間起到限位作用，在振動平臺與模型澆筑平臺連接固定時，通過圓柱形凸起進行限位，模型澆筑平臺安裝到位后，可以通過螺栓對振動平臺與模型澆筑平臺連進行相對固定。

20、4、本發明在水下環境仿真水槽中設置日照輻射環境仿真組件、降雨環境仿真組件、波浪砰擊環境仿真組件，可以仿真日照環境、降雨環境以及波浪環境，形成多種不同環境下，對水工結構模型振動響應光纖傳感元件進行測試。可以模擬全面的空氣環境參數和水環境參數，測試更加全面。

21、5、本發明為了模擬效果的真實性，將日照輻射環境仿真組件、降雨環境仿真組件、波浪砰擊環境仿真組件直接設置在一個導軌上，通過在導軌上左右滑動，能夠實現多角度、多位置的空氣參數調整、多位置的降雨環境調節以及多位置的波浪環境模擬。

22、6、本發明設計的激振器通過一個振動傳導架可以將橫向激勵傳導到振動平臺，另外還可以將橫向激勵傳導到波浪砰擊環境仿真組件上，通過將橫向激勵傳導到造浪板上，實現造浪激勵，采集此時的光纖振動傳感數據并分析，可研究波浪砰擊作用下水工結構光纖振動傳感效能。

23、7、本發明設計的水平振動傳導構件表面設置多個槽口，可以方便調節振動傳遞變位構件的位置，進而調節激勵傳動模塊以及造浪板的位置，從而滿足多角度、多位置造浪、激勵下的光纖振動傳感效能。

24、8、本發明設計的水循環模塊，通過兩個水箱之間設置的聚丙烯膜，清水從凈水水箱注入，透過薄膜清水可以來回通過，保持兩側水箱都有水。