CN102538745A - 光纤型地基沉降监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了种光纤型地基沉降监测装置，包括钢管和位于钢管上方的沉降板，钢管与沉降板之间设有波纹管，钢管的下端孔内安装有金属底板，钢管内部设有光纤弯曲传感单元，光纤弯曲传感单元上端与沉降板连接，光纤弯曲传感单元下端与设置在钢管内壁上的金属板连接，光纤弯曲传感单元包括曲线形支架以及连续布设在曲线形支架内侧相对两个面上的多个变形齿一和多个变形齿二，变形齿一与变形齿二之间呈交错对应布设，变形齿一与变形齿二的头部之间穿设信号光纤，信号光纤与光缆一端相接，光缆另一端引出至监控站处，光缆还连接测试单元，测试单元还与处理单元相接。本发明具有较强的环境抗干扰能力，抗电磁干扰能力，可实现远距离监测。

Description

光纤型地基沉降监测装置

技术领域

本发明属于测量、测试技术领域，尤其是涉及一种基于光纤传感技术的光纤型地基沉降监测装置。

背景技术

各类建筑物及人工设施的建设都需要处理好地基，如高层建筑物、公路、铁路的建设中，地基的处理是非常关键的。地基上修筑的公路、铁路、房屋对地基有附加压力，一段时间后地基会产生变形，主要现象是不均匀沉降，而这对建筑物、公路、铁路就会产生影响，严重时造成破坏。所以对地基的沉降监测是十分必要的。

现有地基沉降监测仪器主要有电磁式沉降仪、干簧管式沉降仪、横臂式沉降仪、水杯式沉降仪等，其技术原理基本相同，都需要使用测尺、靠人工来测量。使用最广泛的是磁环式沉降仪，其测量沉降的方法是将一沉降管锚固在基岩上，磁环套装在沉降管外围，并埋设在关心地基中的土层位置。当地基下沉时，磁环随地基同步下沉而沉降管没有变化，磁环则沿沉降管的轴向向下移动，通过测算磁环与沉降管之间的位移量，实现测量。该方法成本低，结构简单，便于施工，其缺点是需人工现场操作，劳动强度大，测试精度低，无法进行远程测试，同时也不能实时监测，长期监测也是较为困难的。这些已不能满足现代高速发展的工程需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种光纤型地基沉降监测装置，其结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，同时具有较强的环境抗干扰能力，以及抗电磁干扰能力，不仅可以实现远距离监测，还可以构建阵列型传感装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种光纤型地基沉降监测装置，其特征在于：包括钢管和位于钢管上方的沉降板，所述钢管与沉降板之间设置有波纹管，所述波纹管上端与沉降板连接，所述波纹管下端与钢管连接，所述钢管的下端孔内安装有金属底板，所述钢管内部设置有光纤弯曲传感单元，所述光纤弯曲传感单元上端与沉降板下端面固定连接，所述光纤弯曲传感单元下端与设置在钢管内壁上的金属板固定连接，所述金属板固定安装在钢管上，所述光纤弯曲传感单元包括曲线形支架以及连续布设在曲线形支架内侧相对两个面上的多个变形齿一和多个变形齿二，所述变形齿一与变形齿二之间呈交错对应布设，所述变形齿一与变形齿二的头部之间形成曲线形通道，所述曲线形通道内部穿设有信号光纤，所述信号光纤与光缆一端相接，所述光缆另一端引出至钢管外部且位于监控站处，所述光缆还连接测试单元，所述测试单元还与处理单元相接。

上述的光纤型地基沉降监测装置，其特征在于：所述沉降板与曲线形支架之间设置有辅助弹簧。

上述的光纤型地基沉降监测装置，其特征在于：所述辅助弹簧上端还设置有基板，所述基板位于钢管内部且与辅助弹簧上端相接触。

上述的光纤型地基沉降监测装置，其特征在于：所述沉降板上设置有调整螺杆，所述调整螺杆与沉降板为螺纹配合，所述调整螺杆下端与基板相接触。

上述的光纤型地基沉降监测装置，其特征在于：所述沉降板上端面设置有凹槽，所述调整螺杆端冒位于所述凹槽内，所述调整螺杆的上端面不高于沉降板的上端面。

上述的光纤型地基沉降监测装置，其特征在于：所述调整螺杆上固定安装有卡簧，所述卡簧位于沉降板下端面，所述沉降板下端面还固定连接滑杆，所述滑杆与基板滑动配合。

上述的光纤型地基沉降监测装置，其特征在于：所述信号光纤的一端连接光反射装置，所述信号光纤的另一端连接1×2光分路器，所述1×2光分路器通过光缆与测试单元相接。

上述的光纤型地基沉降监测装置，其特征在于：所述曲线形支架为曲线形壳体、弹簧、锯齿形支架或波纹管。

上述的光纤型大变形地基沉降监测装置，其特征在于：所述信号光纤的两端均设置有光反射装置。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、加工制作方便且结构形式多样，使用方式灵活。

2、使用操作简便且各组件间连接关系设计合理，通过光纤弯曲传感单元和光纤弯曲损耗测试仪器配合使用，实现较远距离的实时监测。

3、测试精度高，安装布设方便。

4、可以远距离对多个监测点进行测试，容易构件传感阵列。

5、由于光纤具有良好的抗电磁干扰能力，使该装置具有良好的抗电磁干扰。

6、无需操作人员到监测现场，大幅度降低了工作强度，提高了工作效率。

7、监测现场无需供电，使该装置的安装、使用降低了成本。

综上所述，本发明结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，能够抗电磁干扰和远距离实时监测，降低了工作强度，提高了工作效率。

下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为实施例1中曲线形支架的内部结构示意图。

图3为实施例2的结构示意图。

图4为实施例3的结构示意图。

图5为实施例4的结构示意图。。

图6为实施例5的结构示意图。

图7为实施例5中曲线形支架的内部结构示意图。

图8为实施例6的结构示意图。

图9为实施例6中曲线形支架的内部结构示意图。

图10为实施例7的结构示意图。

图11为实施例8的结构示意图。

附图标记说明：

1-光缆；        4-1-变形齿一；      4-2-变形齿二；

5-测试单元；    7-处理单元；        9-钢管；

10-沉降板；     11-波纹管；         12-金属板；

15-金属底板；   19-曲线形支架；     20-辅助弹簧；

21-固定点；     23-滑杆；           24-卡簧；

25-调整螺杆；   26-基板；           27-锯齿板；

33-信号光纤；   38-弹簧丝；         40-波纹管；

41-管壁；       45-1×2光分路器；   46-光反射装置。

具体实施方式

实施例1

如图1和2所示的一种光纤型地基沉降监测装置，包括钢管9和位于钢管9上方的沉降板10，所述钢管9与沉降板10之间设置有波纹管11，所述波纹管11上端与沉降板10连接，所述波纹管11下端与钢管9连接，所述钢管9的下端孔内安装有金属底板15，所述钢管9内部设置有光纤弯曲传感单元，所述光纤弯曲传感单元上端与沉降板10下端面固定连接，所述光纤弯曲传感单元下端与设置在钢管9内壁上的金属板12固定连接，所述金属板12固定安装在钢管9上，所述光纤弯曲传感单元包括曲线形支架19以及连续布设在曲线形支架19内侧相对两个面上的多个变形齿一4-1和多个变形齿二4-2，所述变形齿一4-1与变形齿二4-2之间呈交错对应布设，所述变形齿一4-1与变形齿二4-2的头部之间形成曲线形通道，所述曲线形通道内部穿设有信号光纤33，所述信号光纤33与光缆1一端相接，所述光缆1另一端引出至钢管9外部且位于监控站处，所述光缆1还连接测试单元5，所述测试单元5还与处理单元7相接。

本实施例中，所述曲线形支架19为曲线形壳体，多个变形齿一4-1和多个变形齿二4-2对应布设在曲线形壳体19的内壁上。在光缆1外套装保护性套管，如钢管，保证光缆不受损坏。所述信号光纤33为外部包有多层保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等，也可以是塑料光纤、多芯光纤、细径光纤或光子晶体光纤，或是多根信号光纤33并排夹持在变形齿一4-1与变形齿二4-2之间，或是多根信号光纤33通过树脂合并为信号光纤束或信号光纤带；所述信号光纤33外部包覆有一层防水材料层，如防水油膏，可进一步防止水分子对信号光纤33的侵蚀，延长了信号光纤33的使用寿命。

本发明的使用方法是：在监测点位置的土中成孔，将本发明装置整体埋设，金属板12接触到基岩或其它结构体，光缆1从钢管9穿出沿沉降板10周围引出。当地基下沉时，沉降板10随地基同步下沉，沉降板10与金属板12之间的距离减少，使曲线形支架19压缩，从而使布设在曲线形支架19内壁上相对两侧的多个变形齿一4-1和多个变形齿二4-2之间的距离减小，变形齿一4-1与变形齿二4-2之间的距离变化使得信号光纤33的弯曲曲率变化，导致在信号光纤33内传输的光信号功率的变化，通过测试单元5测得该变化并将该信息传递给处理单元7，处理单元7经计算得到沉降板10下沉的位移。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1不同的是：所述沉降板10上设置有调整螺杆25，所述调整螺杆25与沉降板10为螺纹配合，所述调整螺杆25下端与基板26相接触。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例3

如图4所示，本实施例与实施例2不同的是：所述沉降板10与曲线形支架19之间设置有辅助弹簧20，所述辅助弹簧20与曲线形支架19通过固定点21相连接。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例2相同。

实施例4：

如图5所示，本实施例与实施例3不同的是：所述沉降板10上端面设置有凹槽，所述调整螺杆25端冒位于所述凹槽内，所述调整螺杆25的上端面不高于沉降板10的上端面。所述辅助弹簧20上端还设置有基板26，所述基板26位于钢管9内部且与辅助弹簧20上端相接触。所述调整螺杆25上固定安装有卡簧24，所述卡簧24位于沉降板10下端面，所述沉降板10下端面还固定连接滑杆23，所述滑杆23与基板26滑动配合。一种优选的做法是基板26与调整螺杆25配合的是盲螺纹孔。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例3相同。

实施例5

如图6和7所示，本实施例与实施例1不同的是：所述曲线形支架19为弹簧，弹簧是由弹簧丝38构成，变形齿一4-1与变形齿二4-2对应布设在弹簧丝38中相邻两圈弹簧丝之间，且变形齿一4-1与变形齿二4-2相互交错布设。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例6

如图8和9所示，本实施例与实施例1不同的是：所述曲线形支架19为由波纹管40构成，变形齿一4-1与变形齿二4-2对应布设在波纹管40的管壁41上内凹处的相对两个侧面上，且变形齿一4-1与变形齿二4-2相互交错布设。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例7

如图10所示，本实施例与实施例1不同的是：所述曲线形支架19为锯齿形支架，锯齿形支架由锯齿板27构成，且锯齿板27由两个锯齿板相扣而成，两块锯齿板27的相对面上布设有相互交错对应的变形齿一4-1和变形齿二4-2。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例8

如图11所示，本实施例与实施例1不同的是：所述信号光纤33的一端连接光反射装置46，光反射装置46固定在钢管9内壁上，所述信号光纤33的另一端连接1×2光分路器45，所述1×2光分路器45通过光缆1与测试单元5相接，这样可以使在信号光纤33中传输的光信号两次通过曲线形支架19，从而进一步提高传感精度。优选的，信号光纤33的两端均设置有光反射装置46，则测试单元5通过检测信号光纤33的两端的光反射装置46的反射光信号功率之差，就可以得到该信号光纤33的损耗值，并可避免测试单元5中的光源、光探测器以及光缆1中的光纤链路性能的变化而引入的误差，进一步提高测试结果的精度。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种光纤型地基沉降监测装置，其特征在于：包括钢管(9)和位于钢管(9)上方的沉降板(10)，所述钢管(9)与沉降板(10)之间设置有波纹管(11)，所述波纹管(11)上端与沉降板(10)连接，所述波纹管(11)下端与钢管(9)连接，所述钢管(9)的下端孔内安装有金属底板(15)，所述钢管(9)内部设置有光纤弯曲传感单元，所述光纤弯曲传感单元上端与沉降板(10)下端面固定连接，所述光纤弯曲传感单元下端与设置在钢管(9)内壁上的金属板(12)固定连接，所述金属板(12)固定安装在钢管(9)上，所述光纤弯曲传感单元包括曲线形支架(19)以及连续布设在曲线形支架(19)内侧相对两个面上的多个变形齿一(4-1)和多个变形齿二(4-2)，所述变形齿一(4-1)与变形齿二(4-2)之间呈交错对应布设，所述变形齿一(4-1)与变形齿二(4-2)的头部之间形成曲线形通道，所述曲线形通道内部穿设有信号光纤(33)，所述信号光纤(33)与光缆(1)一端相接，所述光缆(1)另一端引出至钢管(9)外部且位于监控站处，所述光缆(1)还连接测试单元(5)，所述测试单元(5)还与处理单元(7)相接。

2.按照权利要求1所述的光纤型地基沉降监测装置，其特征在于：所述沉降板(10)与曲线形支架(19)之间设置有辅助弹簧(20)。

3.按照权利要求2所述的光纤型地基沉降监测装置，其特征在于：所述辅助弹簧(20)上端还设置有基板(26)，所述基板(26)位于钢管(9)内部且与辅助弹簧(20)上端相接触。

4.按照权利要求1所述的光纤型地基沉降监测装置，其特征在于：所述沉降板(10)上设置有调整螺杆(25)，所述调整螺杆(25)与沉降板(10)为螺纹配合，所述调整螺杆(25)下端与基板(26)相接触。

5.按照权利要求4所述的光纤型地基沉降监测装置，其特征在于：所述沉降板(10)上端面设置有凹槽，所述调整螺杆(25)端冒位于所述凹槽内，所述调整螺杆(25)的上端面不高于沉降板(10)的上端面。

6.按照权利要求4所述的光纤型地基沉降监测装置，其特征在于：所述调整螺杆(25)上固定安装有卡簧(24)，所述卡簧(24)位于沉降板(10)下端面，所述沉降板(10)下端面还固定连接滑杆(23)，所述滑杆(23)与基板(26)滑动配合。

7.按照权利要求1所述的光纤型地基沉降监测装置，其特征在于：所述信号光纤(33)的一端连接光反射装置(46)，所述信号光纤(33)的另一端连接1×2光分路器(45)，所述1×2光分路器(45)通过光缆(1)与测试单元(5)相接。

8.按照权利要求1所述的光纤型地基沉降监测装置，其特征在于：所述曲线形支架(19)为曲线形壳体、弹簧、锯齿形支架或波纹管。

9.按照权利要求1所述的光纤型大变形地基沉降监测装置，其特征在于：所述信号光纤(33)的两端均设置有光反射装置(46)。

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