CN102522148A - 平行螺旋传输线结构的岩土体变形分布式传感测量电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平行螺旋传输线结构的岩土体变形分布式传感测量电缆。在圆截面硅橡胶条外密绕一层有两根相互绝缘的电缆线，两根电缆线形成螺旋线，两根电缆线形成螺旋线外裹包有硅橡胶套管，两根电缆线的一端接匹配阻抗ZL，两根电缆线的另一端接时域反射测量仪。本发明实现了岩土体变形的分布式测量和变形位置的定位，解决了当前滑坡、地面塌陷等地质灾害前兆岩土体变形的测量时存在的“测处未变、变处未测”的困境，为极大限度地减少地质灾害对人类的危害提供了无遗漏的测量工具和手段。

Description

平行螺旋传输线结构的岩土体变形分布式传感测量电缆
技术领域
本发明涉及一种岩土体变形分布式传感测量电缆，尤其是涉及一种平行螺旋传输线结构的岩土体变形分布式传感测量电缆。
背景技术
我国是地质灾害多发国家，频繁的地质灾害给人们的生命和财产带来了巨大的损失和威胁。为了减少地质灾害造成的损失，各种灾害防治监测手段和技术被广泛应用到各个领域并且取得了显著的避灾防灾效果。滑坡、地面沉降等地质运动所引起的局部岩土体变形就是一种重要的、需要被监测的灾害前兆现象。如果能够在灾害发生前期准确定位岩土体变形发生的位置和变形的大小，就能促进避灾、防灾工作的有效开展，减少灾害造成的损失。目前国内外常用时域反射测量电缆主要是同轴电缆和平行直线。由于同轴电缆和平行直线伸长量有限，容易拉断，不适合对岩土体大变形的分布式测量，因此需要发明一种伸长量比较大的岩土体变形传感测量电缆。
发明内容
为了克服背景技术中电缆易拉断，本发明的目的在于提供种一种平行螺旋传输线结构的岩土体变形分布式传感测量电缆，它是伸长量比较大的岩土体变形传感测量电缆。
本发明采用的技术方案是：
在圆截面硅橡胶条外密绕一层有两根相互绝缘的电缆线，两根电缆线形成螺旋线，两根电缆线形成螺旋线外裹包有硅橡胶套管，两根电缆线的一端接匹配阻抗ZL，两根电缆线的另一端接时域反射测量仪。
所述的两根相互绝缘的电缆线为单股、多股铜线或单股铝线。
将这样构成的测量电缆沿被监测岩土体埋设后，当岩土体发生变形时测量电缆局部拉伸变长。由于采用弹性的硅橡胶和螺旋线结构，因此在拉伸的过程中，在比较大范围内平行螺旋线螺距增大而不会断裂。由于螺距增大，平行螺旋线拉伸部分的特性阻抗发生变化。通过接于平行螺旋线其中一端的时域反射测量仪观测局部特性阻抗变化所引起的时域反射波形的局部变化来定位岩土体变形的位置和测量岩土体变形的大小。
本发明具有的有益效果是：
本发明实现了岩土体变形的分布式定位和测量，解决了当前滑坡、地面塌陷等地质灾害前兆岩土体变形的测量时存在的“测处未变、变处未测”的困境，为极大限度地减少地质灾害对人类的危害提供了无遗漏的测量工具和手段。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
图2是两根平行直导线结构图。
图3是分布式传感测量电缆局部拉伸前后结构变化图。
图4是本发明的测量方法图。
图5是测量反射信号图。
图中：1、硅橡胶条；2、电缆线；3、硅橡胶套管；4、时域反射测量仪；5、入射信号；6、反射信号；7、传感测量电缆。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、图2、图3、图4所示，本发明是在圆截面硅橡胶条1外密绕一层有两根相互绝缘的电缆线2，两根电缆线形成螺旋线，两根电缆线形成螺旋线外裹包有硅橡胶套管3，构成传感测量电缆7。两根电缆线的一端接匹配阻抗ZL，两根电缆线的另一端接时域反射测量仪4。
平行直导线的绝缘外皮连接在一起使导线间距离保持不变。初始时导线紧密地绕于圆截面硅胶条表面。上述结构的特点在于测量电缆有比较大的伸长量。电缆拉伸时引起螺旋线螺距变大使电缆局部阻抗发生变化。
传感测量电缆工作原理：
如图3所示为传感测量电缆拉伸前后结构的变化。其中图3（a）为拉伸前的传感测量电缆；图3（b）为局部拉伸后的传感测量电缆。由图3可知传感测量电缆局部拉伸时螺旋线匝数不变，传感测量电缆长度变长，因此被拉伸部分螺距增大，电缆的局部特性阻抗增大。
测量方法如图4所示，其中：5为入射信号，6为反射信号。将平行螺旋传输线结构的岩土体变形传感测量电缆一端接入时域反射测量仪4。根据传输线原理，当时域反射测量仪向电缆的一端输入电阶跃信号或脉冲信号时，输入电压U t 和反射电压U r 有如下关系
Figure 2011103610439100002DEST_PATH_IMAGE002
其中Z c 为电缆的初始特性阻抗，Z d 为被拉伸区间的特性阻抗。初始时Z c =Z d , 反射电压U r =0.当电缆局部被拉伸时，Z d 增大，时域反射波形中产生一个大于0幅值为U r 反射电压。时域反射仪器记录反射电压的波形，如图5所示。
根据波形得到入射电压U t 与反射电压U r 的时间差T。再根据信号在测量电缆中的传输速度v就可以计算电缆末端到电缆拉伸点的距离S。
Figure 2011103610439100002DEST_PATH_IMAGE004
将电缆埋入岩土体，岩土体的变形将引起测量电缆的局部拉伸，根据时间T和反射电压U r 测得变形位置S和变形量ΔL。

Claims (2)

1.一种平行螺旋传输线结构的岩土体变形分布式传感测量电缆，其特征在于：在圆截面硅橡胶条(1)外密绕一层有两根相互绝缘的电缆线(2)，两根电缆线形成螺旋线，两根电缆线形成螺旋线外裹包有硅橡胶套管(3)，两根电缆线的一端接匹配阻抗ZL，两根电缆线的另一端接时域反射测量仪(4)。
2.根据权利要求1所述的一种平行螺旋传输线结构的岩土体变形分布式传感测量电缆，其特征在于：所述的两根相互绝缘的电缆线(2)为单股、多股铜线或单股铝线。
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