CN104977673B - 一种水工测渗用自控热源特制单模光纤 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水工测渗用自控热源特制单模光纤，从内到外依次设有单芯光纤、内护弹性层、绝热钢环、内层填护环、弹性硬环、防渗隔热硬套环，单芯光纤分别与若干根外圆套护管连接，外圆套护管依次穿过内护弹性层、绝热钢环、内层填护环、弹性硬环与防渗隔热硬套环连接，外圆套护管内装填有引流储水棉套，引流储水棉套与第二滤网相连，第二滤网外与第一滤网相连。本发明的水工测渗用自控热源特制单模光纤，通过在单芯光纤外设内护弹性层、绝热钢环、内层填护环、弹性硬环、防渗隔热硬套环，实现单芯光纤的自动变温，且在单芯光纤与环境间形成较大的温差，应用于渗流监测时，可显著提升渗流的辨识度和实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种单模光纤，具体涉及一种水工测渗用自控热源特制单模光纤。
背景技术
光纤的诞生不但为通讯领域带来了革新，也促进了传感监测领域的重大变革和发展。光纤传感技术强抗电磁干扰能力、低廉的成本、可实现分布式监测的技术优势，推动了其在水利、土木等工程安全和健康监控领域中越来越广泛的应用，但由于技术本身的不完善和工作环境的特殊性，光纤传感技术应用于水工结构渗流监测(特别是渗漏量和浸润线监测)，尚有大量技术性难题未得到有效解决。传统借助光纤布设方案的优化设计，虽为提高光纤测渗精度和效率等起到了一定的积极作用，但尚不能从根本上解决传统光纤测渗的技术缺陷和不足，且往往会显著增加施工难度及布设成本，极大限制了该项技术在实际工程中的应用和推广。
应用传感光纤进行渗流监测时，目前多需要借助外接电路对光纤实施加热，为此不但要求所用光纤具有加热功能，而且要构建一套完整的加热电路，因而大大增加了光纤的生产成本，且由于室内外监测中比较难于协调外接电路的电压与加热光纤之间的关系，常导致加热光纤出现电压不稳或者过大，甚至因此引起光纤在短时间内即出现护套松软甚至烧焦的现象，对操作人员及仪器等产生严重危害；另外，应用于实际工程的现场监测，常缺少必要的安全措施，加热电路铺设较为困难，特别是对于水利与水电工程，由于大多坐落于偏远地区，建设和运行环境异常恶劣，光纤铺设和加热功能的实现更加不易甚至无法完成。因此，迫切需要充分考虑水工渗流监测特点和特殊工作环境，着力于传感光纤本身的生产装配，研制具有自控热源的渗流监测专用光纤，以从源头上提升光纤测渗技术性能指标和实用能力。
本发明正是基于上述背景和目标，结合实际工程所遇问题而研制。本发明的单芯设置，可以更有效更直接地探测结构物渗流，更好地扩大其应用范围；内护弹性层、绝热钢环、内层填护环、弹性硬环、防渗隔热硬套环的五层布设，增加了防渗、弹性缓冲等的层级，工程适用性更强；四个边的向内凹陷设计大大增加了其监测的方向及范围；引流储水棉套、第一滤网和第二滤网的简单设计，增强了其整体的密合性。
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测渗用自控热源特制单模光纤，该发明中防渗隔热硬套环可以将四个边向内凹陷处滤网以外的结构体进行隔离及阻渗，在第一滤网纱网和第二滤网纱网的联合作用下对渗流水进行过滤，且第一滤网纱网和第二滤网纱网上布设有不等直径的通孔可实现对渗流水的控流，被控制渗流流速的渗流水在通过引流储水棉套后与单芯光纤接触，不同流速下渗流水与单芯光纤的接触实现了单芯光纤温度的自动变化，在外界渗流较大时，其渗流流速较大，则与单芯光纤接触速度增快，在短时间内的降温更快，反之，更慢。
技术方案：为达到上述目的，本发明的一种自控热源测渗用特制单模光纤，从内到外依次设有单芯光纤、内护弹性层、绝热钢环、内层填护环、弹性硬环、防渗隔热硬套环，单芯光纤分别与若干根外圆套护管连接，外圆套护管依次穿过内护弹性层、绝热钢环、内层填护环、弹性硬环与防渗隔热硬套环连接，外圆套护管内装填有引流储水棉套，引流储水棉套与第二滤网相连，第二滤网上布设有第二滤网纱网通孔，第二滤网外与第一滤网相连，第一滤网上布设有第一滤网纱网通孔。
作为优选，所述弹性硬环和防渗隔热硬套环为不规则的四边形框，四边形框的四个边向内凹陷，四边形框的四个角为圆角，可以更好地与待测结构体咬合，实现协同变形。
作为优选，所述第一滤网上布设的第一滤网纱网通孔孔径要大于第二滤网上布设的第二滤网纱网通孔孔径，且其孔径的差值要在2倍以上。
作为优选，所述外圆套护管有四根，分别位于单芯光纤的0°、90°、180°、270°径向上。
作为优选，所述第一滤网和第二滤网均位于防渗隔热硬套环内。
本发明中的单芯光纤可以更有效更直接地探测结构物渗流水，且可更好地扩大其应用范围，也方便生产制造，使用了内护弹性层、绝热钢环、内层填护环、弹性硬环、防渗隔热硬套环的五层布设，增加了防渗、弹性缓冲等的层级，工程适用性强。
本发明进行了四个边的向内凹陷设计，大大增加了其监测的方向及范围，可以实现0°、90°、180°、270°多方位的监测。为了更好地配套于多方位监测，设计了对应方向的引流储水棉套、第一滤网和第二滤网，容易生产制造，且由于只与单模光纤连接，更增强了其整体的密合性。
本发明中防渗隔热硬套环可以将四个边向内凹陷处滤网以外的结构体进行隔离及阻渗，在第一滤网纱网和第二滤网纱网的联合作用下对渗流水进行过滤，且第一滤网纱网和第二滤网纱网上布设有不等直径的通孔可实现对渗流水的控流，被控制渗流流速的渗流水在通过引流储水棉套后与单芯光纤接触，不同流速下渗流水与单芯光纤的接触实现了单芯光纤温度的自动变化，在外界渗流较大时，其渗流流速较大，则与单芯光纤接触速度增快，在短时间内的降温更快，反之，更慢，本发明可以实现基于外界实际渗流情况的自动变温。
有益效果：本发明的水工测渗用自控热源特制单模光纤，通过在单芯光纤外设有内护弹性层、绝热钢环、内层填护环、弹性硬环、防渗隔热硬套环，可以实现单芯光纤的自动变温，并且可在单芯光纤与环境间形成较大的温差，应用于渗流监测时，可显著提升渗流的辨识度和实用性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中外圆套护管的结构示意图。
图中，200-第三过渡突端、201-外圆套护管、202-第二过渡突端、203-第一过渡突端、204-第一滤网纱网通孔、205-第一滤网、206-第二滤网、207-第二滤网纱网通孔、208-引流储水棉套、209-绝热钢环、210-内护弹性层、211-单芯光纤、212-内层填护环、213-弹性硬环、214-防渗隔热硬套环。
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和图2所示，本发明的一种水工测渗用自控热源特制单模光纤，从内到外依次设有单芯光纤211、内护弹性层210、绝热钢环209、内层填护环212、弹性硬环213、防渗隔热硬套环214，单芯光纤211分别与四根外圆套护管201连接，分别位于单芯光纤211的0°、90°、180°、270°径向上，外圆套护管201依次穿过内护弹性层210、绝热钢环209、内层填护环212、弹性硬环213与防渗隔热硬套环214连接，外圆套护管201内装填有引流储水棉套208，引流储水棉套208主要是将由第一滤网205、第二滤网206过滤过的渗水引导到单芯光纤上，且将渗水短暂的储存在棉套中；第一滤网205、第二滤网206主要是对渗流水进行过滤将其中掺杂的杂质滤除，孔径变化的通孔设计可以实现渗流流速的控制，引流储水棉套208与第二滤网206相连，第二滤网206上布设有第二滤网纱网通孔207，第二滤网206外与第一滤网205相连，第一滤网205上布设有第一滤网纱网通孔204。内护弹性层210是由TPE热塑性弹性体构成；绝热钢环209是由Q345型的低合金钢组成；内层填护环212是由线性低密度聚乙烯材料构成；弹性硬环213是由聚酯弹性体材料组成，防渗隔热硬套环214是由聚丙烯酸份、氧化镁、硅酸钠、硬脂酸、磷酸氢二铝等原料组成的结构体。
内护弹性层210主要是与单芯光纤直接接触，起到缓冲及保护光纤的作用；绝热钢环209是将内护弹性层210以外部分的热量阻挡在外面及保护内护弹性层210。内层填护环212主要是填充绝热钢环209与弹性硬环213之间的空白，让结构体更加密合；弹性硬环213是起到连接及第二次保护作用，将内层填护环212与防渗隔热硬套环214连接，且保护内部的各组件免受损坏；防渗隔热硬套环214主要是起到防止外界水体的渗入及阻断外界热量的传递。
在本发明中，所述弹性硬环213和防渗隔热硬套环214为不规则的四边形框，四边形框的四个边向内凹陷，四边形框的四个角为圆角，分别为防渗隔热硬套环214、弹性硬环213和内层填护环212形成的第三过渡突端200、第二过渡突端202、第一过渡突端203。第一滤网205上布设的第一滤网纱网通孔204的孔径要大于第二滤网206上布设的第二滤网纱网通孔207的孔径，且其孔径的差值要在2倍以上，第一滤网205和第二滤网206均位于防渗隔热硬套环214内。
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)
1.一种水工测渗用自控热源特制单模光纤，其特征在于：从内到外依次设有单芯光纤、内护弹性层、绝热钢环、内层填护环、弹性硬环、防渗隔热硬套环，所述单芯光纤分别与若干根外圆套护管连接，外圆套护管依次穿过内护弹性层、绝热钢环、内层填护环、弹性硬环与防渗隔热硬套环连接，外圆套护管内装填有引流储水棉套，引流储水棉套与第二滤网相连，第二滤网上布设有第二滤网纱网通孔，第二滤网外与第一滤网相连，第一滤网上布设有第一滤网纱网通孔。
2.根据权利要求1所述的水工测渗用自控热源特制单模光纤，其特征在于：所述弹性硬环和防渗隔热硬套环为不规则的四边形框，四边形框的四个边向内凹陷，四边形框的四个角为圆角。
3.根据权利要求2所述的水工测渗用自控热源特制单模光纤，其特征在于：所述第一滤网上布设的第一滤网纱网通孔孔径要大于第二滤网上布设的第二滤网纱网通孔孔径，且其孔径的差值要在2倍以上。
4.根据权利要求3所述的水工测渗用自控热源特制单模光纤，其特征在于：所述外圆套护管有四根，分别位于单芯光纤的0°、90°、180°、270°径向上。
5.根据权利要求4所述的水工测渗用自控热源特制单模光纤，其特征在于：所述第一滤网和第二滤网均位于防渗隔热硬套环内。
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