CN104977036B - 水工结构安全监测用光纤率定系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水工结构安全监测用光纤率定系统及方法，包括绝热桶、位于绝热桶内的若干率定模块，若干率定模块绕绝热桶轴线环向布置，率定模块包含通轴和温度传感器，通轴上缠绕着待测试光缆，待测试光缆与绝热桶外的光纤温度解调仪连接，温度传感器位于绝热桶的桶底，温度传感器与绝热桶外的主控制器连接，绝热桶的桶壁内布设有温源热丝，用于加热绝热桶内的水，温源热丝与绝热桶外的功率控温表连接，功率控温表通过电源与主控制器连接；绝热桶的上方设有水箱，水箱水通过水管进入绝热桶中，在水管上安装有电磁阀，电磁阀与主控制器连接。本发明率定效率高、率定距离远、承载重量重、可很好的控制温升温降。

Description

水工结构安全监测用光纤率定系统及方法

技术领域

本发明涉及一种水工结构安全监测用光纤率定系统及方法，属于水利与水电工程安全领域。

背景技术

随着分布式光纤传感理论、技术等的发展，其在大坝、堤防、水闸等水工结构体及其基础安全监测中的应用得到了越来越多的关注。但受控于技术本身、工期紧张、节省开支等多方面因素的制约，传感光纤应用于实际工程施工、蓄水、运行期间的安全监测时，常采用其出厂时的标定系数，而未进行现场率定，易导致所获监测数据精度不高甚至严重失真，从而影响后续关于结构物安全状况的分析评价。即使进行了现场率定，但已有方法、技术、装置，多存在率定效率低、率定距离短、承载重量轻、升温降温困难、温度不易控制等弊端，给几公里甚至几十公里的长距离光纤快速率定带来了极大困难；且多采用以段代线的思想，仅选取某一段进行率定，用该段光纤系数的平均值作为整根传感光纤的系数值，但实际上应对整个长度范围内的光纤进行率定。

本发明正是基于上述实际工程背景和技术现状，为解决长距离大范围的分布式传感光纤高效率定问题而研制，以推动光纤传感技术在水工结构安全监测中的规模化应用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种水工结构安全监测用光纤率定系统及方法，率定效率高、率定距离远、承载重量重、很好的控制温度升降。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种水工结构安全监测用光纤率定系统，包括绝热桶、位于绝热桶内的若干率定模块，若干率定模块绕绝热桶轴线环向布置，率定模块包含通轴和温度传感器，通轴上缠绕着待测试光缆，待测试光缆与绝热桶外的光纤温度解调仪连接，温度传感器位于绝热桶的桶底，温度传感器与绝热桶外的主控制器连接，绝热桶的桶壁内设有用于加热绝热桶内水的温源热丝，温源热丝与绝热桶外的功率控温表连接，功率控温表通过电源与主控制器连接；绝热桶的上方设有水箱，水箱水通过水管进入绝热桶中，在水管上安装有电磁阀，电磁阀与主控制器连接。

作为优选，所述绝热桶的通轴上套有网罩，通轴通过螺纹与绝热桶底部连接，通轴的顶部通过螺纹与顶板连接，顶板位于网罩内。

作为优选，所述绝热桶包含桶体和桶盖，桶体由外到内包含外硬护桶、绝热中层、热丝放置层和内硬护层，桶盖为绝热硬护板，桶体的顶部设有护板槽，绝热硬护板下方安装有可沿护板槽移动的护板横轨。

作为优选，所述桶盖包含左桶盖和右桶盖，左桶盖和右桶盖为半圆形，在左桶盖的直线边上设有凹槽，右桶盖的直线边延伸有与凹槽配合的凸台。

作为优选，所述罩网沿着顶板及通轴环向布置，温源热丝沿着热丝放置层进行从底到高的整体环向布置，绝热中层、内硬护层靠近温源热丝一侧均设有金属护层。

作为优选，所述温度传感器包含第一电子温度计和第二电子温度计，第一电子温度计和第二电子温度计通过螺纹与绝热桶的底部连接，第一电子温度计和第二电子温度计分别与第一控温表和第二控温表连接，第一控温表和第二控温表与主控制器连接。

一种水工结构安全监测用光纤率定系统的率定方法，包括以下步骤：

第一步，装配各组件、连接各电路，沿着护板槽向两边推开带护板横轨的绝热硬护板，将罩网移除，将顶板从通轴上旋出，将通轴从内硬护层中旋出，将待测试光缆沿着通轴进行螺旋状缠绕，后经罩网、外硬护桶、绝热中层、热丝放置层和内硬护层引出到率定系统外；

第二步，将通轴旋入到内硬护层中，将顶板通过螺纹旋接到通轴上，后将罩网旋入到内硬护层中，构成内封闭环境，以待加热，沿着护板槽向中间推入带护板横轨的绝热硬护板，最后，封闭整个率定系统，将待测试光缆引至光纤温度解调仪中，打开光纤温度解调仪；

第三步，根据通轴上所缠绕的待测试光缆的长度，确定加水量，打开第一控温表和第二控温表，第一控温表及第二控温表上将实时显示待测试光缆所在水体中的温度，将第一控温表及第二控温表调至到需要加热的温度值，打开电源，通过功率控温表对温源热丝进行通电加热，当达到设定温度时，主控制器控制电源断开，保持恒温，率定开始；

第四步，在需要降温时，主控制器控制电磁阀打开，水箱内的冷水将通过水管对已加热水体进行热量交换，实现降温，待第一控温表及第二控温表达到待降温数值之后，主控制器控制电磁阀关闭，在该温降数值下进行率定；

第五步，将光纤温度解调仪获取的结果值与第一控温表及第二控温表上获取的结果值基于光纤温度传感公式进行比对分析，最终完成率定分析。

有益效果：本发明的一种水工结构安全监测用光纤率定系统，弥补了已有技术中的不足，提供了一种可实现最大直径20mm、最大长度1800m、最大重量800kg的传感光纤一次性率定系统和方法，本系统具有双独立电路、多功能温升温降控制装置及多层保险的恒温设计等特点，其结构完整，可以实现水工结构安全监测用光纤的流程化、自动化率定，在降低率定成本、提高率定精度和效率及推动传感光纤工程实用化等方面具有突出优势。

附图说明

图1水工结构安全监测用光纤率定系统结构图；

图2水工结构安全监测用光纤率定系统的1-1剖面图；

图3水工结构安全监测用光纤率定系统2-2剖面图；

图4水工结构安全监测用光纤率定系统顶板切面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图4所示，本发明的一种水工结构安全监测用光纤率定系统，包括绝热桶、位于绝热桶内的若干个率定模块。本发明在绝热桶中对称设有两个率定模块，两个率定模块绕绝热桶的轴线环向分布，率定模块包含通轴313和温度传感器，通轴313上缠绕着待测试光缆348，待测试光缆348与绝热桶外的光纤温度解调仪连接，温度传感器位于绝热桶的桶底，温度传感器与绝热桶外的主控制器361连接，绝热桶的桶壁内设有用于加热绝热桶内水的温源热丝353，温源热丝353与绝热桶外的功率控温表310连接，功率控温表310通过电源360与主控制器361连接；绝热桶的上方设有水箱363，水箱363水通过水管进入绝热桶中，在水管上安装有电磁阀362，电磁阀362与主控制器361连接。

在本发明中，所述绝热桶的通轴313上套有网罩，通轴313通过螺纹与绝热桶底部连接，通轴313的顶部通过螺纹与顶板302连接，顶板302位于网罩内。通过顶板302和通轴313底部的螺纹将通轴313更好的固定在绝热桶内。绝热桶包含桶体和桶盖，桶体由外到内包含外硬护桶337、绝热中层349、热丝放置层350和内硬护层356，桶盖为绝热硬护板300，桶体的顶部设有护板槽301，绝热硬护板300下方安装有可沿护板槽301移动的护板横轨304。通过多层的防护，更好的保持绝热桶内的水温，更有利于待测试光缆348的率定，而且更利于水温的提高，能量利用率高。桶盖包含左桶盖和右桶盖，左桶盖和右桶盖为半圆形，在左桶盖的直线边上设有凹槽，右桶盖的直线边延伸有与凹槽配合的凸台。在凸台直角处，安装有密封垫，这样的凸台和凹槽配合可密封的更紧密，更利于保温。

在本发明中，罩网339沿着顶板302及通轴313环向布置，温源热丝353沿着热丝放置层350进行从底到高的整体环向布置，绝热中层349、内硬护层356靠近温源热丝353一侧均设有金属护层。外硬护桶337与内硬护层356是金属结构，绝热中层349是边缘为金属、内部为绝热材料的结构。通轴313下端通过螺纹安装在内硬护层356上，通轴313的顶端通过螺纹与顶板302连接，顶板302上端面与罩网339连接，在内硬护层356设有圆形底槽338，罩网339底部插入到圆形底槽338内，罩网339沿着顶板302及通轴313环向布置，温源热丝353沿着热丝放置层350进行从底到高的整体环向布置。

在本发明中，温度传感器包含第一电子温度计341和第二电子温度计345，第一电子温度计341和第二电子温度计345通过螺纹与绝热桶的底部连接，第一电子温度计341和第二电子温度计345分别与第一控温表306和第二控温表308连接，第一控温表306和第二控温表308与主控制器361连接。第一电子温度计341和第二电子温度计345分别通过电导线与第一控温表306和第二控温表308连接。电导线位于内硬护层356内，待测试光缆348、温源热丝353和水管分别穿过绝热桶的桶壁，温源热丝353通过隔层护管312穿过桶壁，隔层护管312内壁设有金属护层保护，绝热中层349、内硬护层356靠近温源热丝353一侧均设有金属护层保护。第一通管343与第二通管347穿过内硬护层356，第一通管343内布设的电导线与第一电子温度计341底端出口相接，第二通管347内布设的电导线与第二电子温度计345底端出口相连，第一电子温度计341通过端口螺纹与内硬护层356无缝密合，罩网339上开设有多个通孔340，罩网339通过底槽338与内硬护层356相连接，待测试光缆348环向缠绕于通轴313上，通轴313上端面通过顶板螺纹与顶板302顶端连接，顶板302上接罩网339的顶面，通轴313底面通过底板螺纹与内硬护层356上的底板槽相接，温源热丝353被弯曲于热丝放置层350中，隔层护管312在靠近顶部位置内嵌于外硬护桶337、绝热中层349、热丝放置层350和内硬护层356中，温源热丝353穿过隔层护管312与功率控温表310相连接。

一种水工结构安全监测用光纤率定系统的率定方法，包括以下步骤：

第一步，准备一定长度的内套有G652型光纤的待测试光缆348，沿着护板槽301向两边推开带护板横轨304的绝热硬护板300，将罩网339移除，将顶板302从通轴313上旋出，将通轴313从内硬护层356中旋出，将待测试光缆348沿着通轴313进行螺旋状缠绕，后经罩网339、外硬护桶337、绝热中层349、热丝放置层350和内硬护层356引到率定系统外；

第二步，将通轴313旋入到内硬护层356中，将顶板302通过螺纹旋接到通轴313上，后将罩网339旋入到内硬护层356中，构成内封闭环境，以待加热，沿着护板槽301向中间推入带护板横轨304的绝热硬护板300，最后，封闭整个率定系统，将待测试光缆348引至SensorTranDTS型号光纤解调仪中，打开解调仪；

第三步，根据通轴313上所缠绕的待测试光缆348的长度，确定加水量，打开第一控温表306和第二控温表308，第一控温表306及第二控温表308上将实时显示待测试光缆348所在水体中的温度，将第一控温表306及第二控温表308调至到需要加热的温度值，打开电源360，通过功率控温表310对温源热丝353进行通电加热，当达到设定温度时，主控制器361控制电源360断开，保持恒温，率定开始；

第四步，在需要降温时，主控制器361控制电磁阀362打开，水箱363内的冷水将通过水管对已加热水体进行热量交换，实现降温，待第一控温表306及第二控温表308达到待降温数值之后，主控制器361控制电磁阀362关闭，在该温降数值下进行率定；

第五步，将解调仪获取的测值与第一控温表306及第二控温表308上获取的测值基于光纤温度传感公式进行比对分析，完成最终的率定分析。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种水工结构安全监测用光纤率定系统及方法，其特征在于：包括绝热桶、位于绝热桶内的若干率定模块，若干率定模块绕绝热桶轴线环向布置，率定模块包含通轴和温度传感器，通轴上缠绕着待测试光缆，待测试光缆与绝热桶外的光纤温度解调仪连接，温度传感器位于绝热桶的桶底，温度传感器与绝热桶外的主控制器连接，绝热桶的桶壁内布设有用于加热绝热桶内水的温源热丝，温源热丝与绝热桶外的功率控温表连接，功率控温表通过电源与主控制器连接；绝热桶的上方设有水箱，水箱水通过水管进入绝热桶中，在水管上安装有电磁阀，电磁阀与主控制器连接；

所述绝热桶的通轴上套有网罩，通轴通过螺纹与绝热桶底部连接，通轴的顶部通过螺纹与顶板连接，顶板位于网罩内；

所述绝热桶包含桶体和桶盖，所述桶体由外到内包含外硬护桶、绝热中层、热丝放置层和内硬护层，桶盖为绝热硬护板，桶体的顶部设有护板槽，绝热硬护板下方安装有可沿护板槽移动的护板横轨。

2.根据权利要求1所述的水工结构安全监测用光纤率定系统，其特征在于：所述桶盖包含左桶盖和右桶盖，所述左桶盖和右桶盖为半圆形，在左桶盖的直线边上设有凹槽，右桶盖的直线边延伸有与凹槽配合的凸台。

3.根据权利要求2所述的水工结构安全监测用光纤率定系统，其特征在于：所述罩网沿着顶板及通轴环向布置，温源热丝沿着热丝放置层进行从底到高的整体环向布置，绝热中层、内硬护层靠近温源热丝一侧均设有金属护层。

4.根据权利要求3所述的水工结构安全监测用光纤率定系统，其特征在于：所述温度传感器包含第一电子温度计和第二电子温度计，第一电子温度计和第二电子温度计通过螺纹与绝热桶的底部连接，第一电子温度计和第二电子温度计分别与第一控温表和第二控温表连接，第一控温表和第二控温表与主控制器连接。

5.一种如权利要求4所述的水工结构安全监测用光纤率定系统的率定方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，装配各组件、连接各电路，沿着护板槽向两边推开带护板横轨的绝热硬护板，将罩网移除，将顶板从通轴上旋出，将通轴从内硬护层中旋出，将待测试光缆沿着通轴进行螺旋状缠绕，后经罩网、外硬护桶、绝热中层、热丝放置层和内硬护层引出到率定系统外；

第二步，将通轴旋入到内硬护层中，将顶板通过螺纹旋接到通轴上，后将罩网旋入到内硬护层中，构成内封闭环境，以待加热，沿着护板槽向中间推入带护板横轨的绝热硬护板，最后，封闭整个率定系统，将待测试光缆引至光纤温度解调仪中，打开光纤温度解调仪；

第三步，根据通轴上所缠绕的待测试光缆的长度，确定加水量，打开第一控温表和第二控温表，第一控温表及第二控温表上将实时显示待测试光缆所在水体中的温度，将第一控温表及第二控温表调至到需要加热的温度值，打开电源，通过功率控温表对温源热丝进行通电加热，当达到设定温度时，主控制器控制电源断开，保持恒温，率定开始；

第四步，在需要降温时，主控制器控制电磁阀打开，水箱内的冷水将通过水管对已加热水体进行热量交换，实现降温，待第一控温表及第二控温表达到待降温数值之后，主控制器控制电磁阀关闭，在该温降数值下进行率定；

第五步，基于光纤温度传感公式对光纤温度解调仪获取的结果值与第一控温表及第二控温表上获取的结果值进行比对分析，完成率定分析。