CN105223667B - 一种新型直埋加热测温光缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型直埋加热测温光缆，用于监测岩土体渗流位置及流量。本发明基于以下工作原理：两条发热导线和两条光纤套管(每条套管内装有2条测温光纤)被塑料骨架分隔于四个绝热区域，横截面上光纤套管分别位于0°和180°方位角位置，发热导线则位于120°和240°方位角位置。用钢带(或钢绞线)将发热导线和光纤套管包裹形成环圈，其外再覆以导热外护套。使用时，发热导线通电发出的热量，经过钢带(或钢绞线)和导热护套，传导至光纤套管内的测温光纤，传导过程中热量向外散失。根据两条光纤套管内的测温光纤温度变化情况，可判断出光缆周围是否出现渗流及流量。

Description

一种新型直埋加热测温光缆
技术领域
本发明涉及一种水利工程监测装置，具体涉及一种可以监测岩土体渗流位置及流量的长距离传热桥式直埋加热测温光缆。
背景技术
岩土体渗流是影响堤坝、边坡基坑等稳定性的主要因素，为了确保岩土体周边构筑物的安全，有必要对岩土体进行渗流监测。
近年来，分布式光纤传感技术发展迅速，其分布式、长距离、防腐蚀、抗干扰等突出优点，使这类技术在实际工程监测中不断得到推广和应用。与传统测温方法比较，分布式光纤传感技术可以同时测量几万个点，并可对每个测量点进行准确定位。
目前，现有的DTS技术在岩土体渗流的监测方面有如下不足：发热材料发出的热量一部分直接传递给测温光纤，一部分向外散失，当外界环境有渗流时，仍然只有一部分热量向外散失，而测温光纤还能够接收到发热材料发出的热量；本发明的传热桥结构中，发热导线发出的热量通过传热桥将热量传导给测温光纤，同时向周围环境散发热量，环境中渗流量越大，散热越快，测温光纤接收到的热量越少，甚至没有热量，由此可以提高测温光缆对渗流的灵敏度。
发明内容
本发明提供了一种用于监测岩土体流渗及流量的新型直埋加热测温光缆。本发明的特点：
1.长距离恒定功率加热。在本发明测温光缆中布设的连续发热导线，当额定电流通过时，导线上每延米都以恒定的功率发热。
2.双线自回路。在本发明测温光缆的尾端，两条发热导线在光缆尾端连接形成通电回路；1号光纤套管中的1号测温光纤和2号光纤套管中的1号测温光纤相熔接形成测温回路，1号光纤套管中的2号测温光纤和2号光纤套管中的2号测温光纤相熔接形成测温回路。双线自回路的设计，确保光缆可以独立工作，不需要额外铺设辅助光缆和电缆。
3.传热桥式热传导。本发明测温光缆中，发热导线通电产生的热量，通过钢带(或钢绞线)和导热外护套传导给光纤套管中的测温光纤，热量在传导过程中，不断向外界环境散失，环境中渗流越大，散热越快，传导给测温光纤的热量就越少。
4.差异化测量升温。本发明测温光缆中，1号光纤套管距离发热导线较远，2号光纤套管距离发热导线较近，在导线通电发热过程中，两个光纤套管受热程度不同，光纤套管中测温光纤的升温速率不同，根据两个测温光纤的升温速率差异判断出渗流处的水流量，能够更加精准的反映岩土体渗流状态。
5.骨架支撑。两条发热导线和两条光纤套管被塑料骨架分隔于四个绝热区域，塑料骨架既有隔热作用，又有支撑保护作用，避免光纤套管和导线被压坏。
6.铠装保护。针对不同的监测环境，可以选用钢带与钢绞线不同的铠装保护，以利于光缆直接深埋于岩土体中。钢带与钢绞线既可以作为铠装保护测温光纤和发热导线，也可以作为传热介质进行热传导。
附图说明
说明书附图为本发明具体实施方式的结构示意图
附图1为本发明测温光缆的横截面示意图。
图中的标号：1号光纤套管11、2号光纤套管12、1号发热导线21、2号发热导线22、塑料骨架3、钢带(或钢绞线)4、导热外护套5。
附图2为本发明测温光缆中，测温光纤和发热导线在测温光缆尾端的连接方式示意图。
图中的标号：1号套管中1号测温光纤111、1号套管中2号测温光纤112、2号套管中1号测温光纤121、2号套管中2号测温光纤122、1号发热导线21、2号发热导线22。1号套管中1号测温光纤111与2号套管中1号测温光纤121熔接形成测温回路，1号套管中2号测温光纤112与2号套管中2号测温光纤122熔接形成测温回路。1号发热导线21与2号发热导线22连接形成通电回路。
附图3为传热桥工作原理示意图。
图中的标号：1号光纤套管11、1号发热导线21、钢带(或钢绞线)4、导热外护套5。发热导线21通电产生的热量通过钢带(或钢绞线)4和导热外护套5传递给光纤套管11，传导过程中向外界环境散失热量。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明的实施方式作详细的描述。正如说明书附图所示：
参照附图1，本加热测温光缆装置主要由1号光纤套管11、2号光纤套管12、1号发热导线21、2号发热导线22、塑料骨架3、钢带(或钢绞线)4、导热外护套5构成。每条光纤套管内装有2条测温光纤。1号光纤套管11、2号光纤套管12、1号发热导线21、2号发热导线22被塑料骨架3分隔于四个绝热区域。横截面上1号光纤套管11位于0°方位角位置、2号光纤套管12位于180°方位角位置、1号发热导线21位于120°方位角位置、2号发热导线22位于240°方位角位置。1号光纤套管11与两条发热导线成正三角形状分布。用钢带(或钢绞线)4将1号光纤套管11、2号光纤套管12、1号发热导线21、2号发热导线22包裹形成环圈，其外再覆以导热外护套5。
参照附图2，测温光纤与发热导线在本发明测温光缆的尾端的连接方式为：1号套管中1号光纤111与2号套管中1号光纤121相熔接形成测温回路，1号套管中2号光纤112与2号套管中2号光纤122相熔接形成测温回路。1号发热导线21与2号发热导线22相连接形成通电回路。
本发明工作原理如下：
导线通电产生的热量，通过钢带(或钢绞线)4和导热外护套5传导至光纤套管内的测温光纤。在热量传导过程中，会向周围环境散发热量，环境中渗流量越大，散热越快，传导给测温光纤的热量就越少。1号光纤套管11距离发热导线较远，2号光纤套管12距离发热导线较近，两条光纤套管内的测温光纤升温速率不同，因此分析两条光纤套管内传感光纤的升温速率，便可判断出光缆周围是否出现渗流及流量。
本发明的施工和使用方法：
本发明测温光缆可直接连续埋入岩土体内的沟槽中，沟底应平整、无坎，光缆沟应平直，与中心线的偏移不得超过10cm，拐弯处的沟槽，应符合光缆最小曲率半径的规定，然后布放光缆，最后回填将光缆埋入。
光缆起始端露出地表与DTS解调仪和电源相连，其中DTS解调仪测量光纤温度，电源对导线通电发热。光缆尾端可保留在岩土体沟槽中，其中1号套管中1号测温光纤111与2号套管中1号测温光纤121相熔接形成测温回路，1号套管中2号测温光纤112与2号套管中2号测温光纤122相熔接形成测温回路，1号发热导线21与2号发热导线22相连接形成通电回路。
监测时，在确定光缆温度与周围环境基本一致的前提下，开启电源对发热导线进行通电加热，并持续利用DTS解调仪测量光纤温度，分析两个光纤套管中测温光纤温度绝对值和上升速率的差异，进而判断光缆周边岩土体的渗流情况。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，以上所述仅为本发明的较佳实施实例而已，只是说明本发明的原理，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述，实施本发明；但是，凡熟悉本行业的技术人员，在不脱离本发明精神和范围的前提下，可利用上述技术，对本发明进行一些改动和修饰；这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种监测岩土体渗流位置及流量的传热桥式直埋加热测温光缆，其特征在于：加热测温光缆包括：1号光纤套管（11）、2号光纤套管（12）、1号发热导线（21）、2号发热导线（22）、塑料骨架（3）、钢带（4）、导热外护套（5），1号光纤套管（11）、2号光纤套管（12）、1号发热导线（21）、2号发热导线（22）被塑料骨架（3）分隔于四个绝热区域，横截面上1号光纤套管位于0°方位角位置、2号光纤套管位于180°方位角位置、1号发热导线则位于120°方位角位置、2号发热导线位于240°方位角位置，用钢带（4）将1号光纤套管（11）、2号光纤套管（12）、1号发热导线（21）、2号发热导线（22）包裹形成环圈，其外再覆以导热外护套（5）。
2.基于权利要求1所述的传热桥式直埋加热测温光缆，其特征在于：1号光纤套管（11）和2号光纤套管（12）内分别装有2条测温光纤。
3.基于权利要求1所述的传热桥式直埋加热测温光缆，其特征在于：1号光纤套管（11）、2号光纤套管（12）、1号发热导线（21）、2号发热导线（22）被塑料骨架（3）分隔于四个绝热区域，塑料骨架（3）既有隔热作用，又有支撑保护作用，避免光纤套管和导线被压坏。
4.基于权利要求1所述的传热桥式直埋加热测温光缆，其特征在于：在加热测温光缆的尾端，1号光纤套管（11）中1号测温光纤（111）与2号光纤套管（12）中1号测温光纤（121）相熔接形成测温回路，1号光纤套管（11）中2号测温光纤（112）与2号光纤套管（12）中2号测温光纤（122）相熔接形成测温回路，1号发热导线（21）和2号发热导线（22）连接形成通电回路。
5.基于权利要求1所述的传热桥式直埋加热测温光缆，其特征在于：发热导线通电产生的热量通过钢带（4）和导热外护套（6）传导给1号光纤套管（11）和2号光纤套管（12），传导过程中向外界环境散失热量，若环境中有渗流发生，渗流的水将部分热量带走，光纤套管中测温光纤接收到的热量变少，温度上升速率减慢。
6.基于权利要求1所述的传热桥式直埋加热测温光缆，其特征在于：1号光纤套管（11）距离发热导线较远，2号光纤套管（12）距离发热导线较近，两条光纤套管内的测温光纤升温速率不同，因此分析两条光纤套管内传感光纤的升温速率差异，便可判断出光缆周围是否出现渗流及流量。
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