CN105911638B - 一种传感光纤测渗增敏装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传感光纤测渗增敏装置及使用方法，该装置包括中控模块、外层模块、端口模块，中控模块两侧均设有外层模块和端口模块，外层模块位于中控模块和端口模块之间，中控模块包括通管把柄、上贯通管、注胶通管、下贯通管、通管把柄与注胶通管相连接，注胶通管嵌入在上贯通管和下贯通管中，传感光纤位于上贯通管和下贯通管之间。本发明的传感光纤测渗增敏装置，其结构完整，流程化和自动化强，融合构建了内嵌多层级内超硬层、内隔热层、外传热层、内导热增强层、外硬质层、外隔温增强层，极大的提高了水工建筑物渗流性态监测的精度，为能从静动态层面时间与空间上实现渗流性态定量与定性评估，为水工安全运行提供重要的保障。

Description

一种传感光纤测渗增敏装置及使用方法

技术领域

本发明涉及一种传感光纤测渗增敏装置及使用方法，属于水工程建筑物健康监测领域。

背景技术

渗流破坏是影响水工建筑物安全的极为重要的因素，比如，对于河堤和海堤而言，渗流破坏是占比最高的结构破坏形式，因而渗流破坏的破坏机理研究一直以来是国内外研究的重点，随着当前人们安全意识及监测技术的不断提升，衍生了一批有代表性的方法：探地雷达、示踪剂法、分布式光纤布设等多种技术，其在水工建筑隐患监控与排查上不断得到一些应用与发展，但是探地雷达、示踪剂法很难做到在线及时监测，很难形成强有力的监测网络，对实时掌控水工建筑物安全性态具有较大局限性。

而对于传统的监测技术而言，其技术落后且弊端很多，在一定程度上阻碍着人们对水工建筑物安全性态的监控，虽然传感光纤技术随着光纤信息通讯技术的提升也得到了一定的发展，但是基于传感光纤技术在水利工程中的实际应用还具有较多弊端，对于在渗流监测领域的研究更是极度缺乏，在当前市面上很难找一款专门针对水工建筑物而研制的传感光纤测渗增敏装置。

对于传感光纤而言，其抗电磁干扰能力强、不易受到外部环境影响、使用寿命长、可实现分布式多参量监测、不容易出现测值漂移、价格低廉、布设方便等优点，对于监测对象，渗流性态的监测问题，面临着仪器装置落后、无法长久使用、测值极易受到干扰等严重影响了人们对水工建筑物真实安全性态的掌控；

因此，基于传感光纤技术，专门研制一款针对水工建筑物的传感光纤测渗增敏装置在水工程的应用研究意义极为重大。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种传感光纤测渗增敏装置及使用方法，内嵌了多层级内超硬层、内隔热层、外传热层、内导热增强层、外硬质层、外隔温增强层，对于普通的传感光纤进行二次加工，高效快速地流程化装置可将传感光纤在极短的时间内加工成一种渗流监测用传感光纤，可实现高精度分布式渗流特性的辨识。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种传感光纤测渗增敏装置，包括中控模块、外层模块、端口模块，所述中控模块两侧均设有外层模块和端口模块，外层模块位于中控模块和端口模块之间；

所述中控模块包括通管把柄、上贯通管、注胶通管、下贯通管、所述通管把柄的一端与注胶通管相连接，注胶通管嵌入在上贯通管和下贯通管中，传感光纤位于上贯通管和下贯通管之间；

所述外层模块包括内超硬层、内隔热层、外传热层、内导热增强层、外硬质层、外隔温增强层，所述内超硬层的内侧与内隔热层的外侧相连，所述内超硬层紧邻内导热增强层，所述内导热增强层的外侧与外传热层的内层相连接，内导热增强层紧邻外隔温增强层，所述外隔温增强层的外侧与外硬质层的内侧相连接，外隔温增强层紧邻固纤端，传感光纤依次穿过内隔热层、内导热增强层和外隔温增强层；

所述端口模块包括上注胶管、固纤端、容固管、下注胶管；所述固纤端上端侧固定有上注胶管，固纤端的中间位置固定有容固管，固纤端的下端侧固定有下注胶管，传感光纤穿过容固管。

作为优选，所述中控模块的两侧对称设有外层模块和端口模块。

作为优选，所述容固管的端部设有过渡轮，传感光纤绕过过渡轮后与增重垂直拉快连接。

作为优选，所述上贯通管和下贯通管的顶端布设有注胶护板，上贯通管和下贯通管的底端设有三角锥形的通管底护座，注胶通管的端部位于通管底护座内。

一种上述的传感光纤测渗增敏装置的使用方法，包括以下步骤：

第一步，基于实际工程监测的需要，首先确定传感光纤需要增敏的长度，然后将传感光纤中需要增敏段放置于传感光纤测渗增敏装置中，打开左侧过渡轮、容固管和右侧的容固管、过渡轮，将注胶通管嵌入上贯通管和下贯通管中，通过通管底护座将注胶通管固定在上贯通管和下贯通管中；

第二步，按照外层模块分布在中控模块两侧、端口模块分布在外层模块的两侧的原则，将外层模块中的内超硬层、内隔热层，外传热层、内导热增强层以及外硬质层、外隔温增强层以对称形式由外到内依次进行布设，并且通过注水检查不同段层级之间连接处的密合情况；

第三步，将传感光纤中需要增敏段的首端固定上增重垂拉块，在传感光纤中需要增敏段的末端固定上另一个增重垂拉块，在两个增重垂拉块拉力作用下，通过两端的固纤端中的上注胶管和下注胶管将胶水注入到容固管中；

第四步，待处于末端过渡轮和首端过渡轮处的传感光纤被牢固固定之后，传感光纤测渗增敏装置中传感光纤一直处于水平状态，同时打开上下端的通管把柄，让胶水从上下侧的注胶通管同时流出，且不断的将胶水挤压到两侧的内隔热层、内导热增强层、外隔温增强层中与传感光纤相接触的位置，使得内隔热层、内导热增强层、外隔温增强层与传感光纤密切咬合，且将处于注胶通管处的传感光纤一起进行胶水封装和密合；

第五步，前述工作完成之后，检测传感光纤的联通性，后依次可以进行其他位置处的增敏设置，直到所有需要增敏段增敏结束之后，将具有测渗增敏段的传感光纤布设到需要布置位置，并且进行数据收集与分析。

在本发明中，通管底护座为三角锥形，通管底护座可以保护及引导注胶通管处于上贯通管和下贯通管的底端，保证在注入胶水的过程中上贯通管和下贯通管始终处于垂直状态，通管把柄位于注胶通管的外端侧，转动通管把柄可以控制注胶通管中的胶水流量，注胶护板位于上贯通管和下贯通管的顶端侧，注胶护板可以保护注胶通管顶端出口免受外界干扰。

在本发明中，在中控模块的两端布设有等结构形式的圆形截面的内隔热层、内导热增强层、外隔温增强层，内隔热层，且通过内超硬层将内隔热层压制于传感光纤的外周，通过内隔热层将外界的热量阻挡在内隔热层外侧，内超硬层又可以起到保护内隔热层免受外界不利荷载的损坏，外传热层将内导热增强层压制到传感光纤的外周且起到保护内导热增强层作用，外传热层可以更加快速有效地保证内导热增强层将外界增加或者减少的热量有效地传递到传感光纤上，外隔温增强层主要是隔绝最外端的传感光纤与外界的热量交换，且外硬质层主要是起到保护外隔温增强层免受外界破坏，由于外硬质层和外隔温增强层处于传感光纤的外侧，外硬质层的材料强度和外隔温增强层的防渗能力都远远大于内超硬层和内隔热层。

在本发明中，上注胶管的底端和下注胶管的顶端分别与容固管的顶端和底端是贯通的，通过固纤端将上注胶管、下注胶管、容固管连接在一起，且固纤端的截面为圆形截面，且首先通过上注胶管将胶水注入到容固管的上半截面处，后待容固管的上半截面处的胶水凝固后，再通过下注胶管将胶水注入到容固管的下半截面侧。

在本发明中，增重垂拉块与过渡轮配套使用，通过过渡轮将传感光纤从一端的容固管内穿入，传感光纤在另一端的容固管处穿出，在经过增重垂拉块将传感光纤拉直，后通过另一个增重垂拉块将整个的传感光纤拉直，使得传感光纤具有一定的预应力，而且基于不同的预应力要求可对两个增重垂拉块进行调整。

有益效果：本发明的传感光纤测渗增敏装置，其结构完整，流程化和自动化强，融合构建了内嵌多层级内超硬层、内隔热层、外传热层、内导热增强层、外硬质层、外隔温增强层，通过创建中控模块、外层模块、端口模块，将外层模块分布在中控模块两侧，端口模块分布在外层模块的两侧，研发了专门针对普通传感光纤二次加工增敏后，专用于渗流性态监测用传感光纤的成型技术，极大的提高了水工建筑物渗流性态监测的精度，为能从静动态层面时间与空间上实现渗流性态定量与定性评估，为水工安全运行提供重要的保障。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为本发明的A-A剖视结构图；

图3为本发明的C-C剖视结构图；

图4为本发明的B-B视结构图；

其中：300-第一增重垂拉块，301-末端过渡轮，302-第一容固管，303-第一固纤端，304-上注胶管，305-下注胶管，306-外硬质层，307-外隔温增强层，308-外传热层，309-内导热增强层，310-传感光纤，311-内隔热层，312-内超硬层，313-上贯通管，314-下贯通管，315-通管把柄，316-注胶护板，317-注胶通管，318-通管底护座，319-第二固纤端，320-第二容固管，321-首端过渡轮，322-第二增重垂拉块。

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，本发明的一种渗流性态监测用传感光缆，包括中控模块、外层模块、端口模块，端口模块分布在外层模块的两侧，中控模块两侧对称的分布有外层模块和端口模块，GYTA53+33型传感光纤310依次穿过端口模块、外层模块、中控模块、外层模块和端口模块。

中控模块主要包括直径为3cm的通管把柄315，直径为5cm、高度为10cm的上贯通管313，直径为2cm、高度为8cm的注胶通管317，直径为5cm、高度为10cm的下贯通管314，直径为5cm、高度为1cm的注胶护板316，三角锥形的通管底护座318；其中，直径为3cm的通管把柄315与直径为2cm、高度为8cm的注胶通管317相连接，直径为5cm、高度为10cm的上贯通管313与注胶通管317相连接，在直径为5cm、高度为10cm的上贯通管313和直径为5cm、高度为10cm的下贯通管314的顶端布设有直径为5cm、高度为1cm的注胶护板316，直径为2cm、高度为8cm的注胶通管317的底端布设有高度为2cm的三角锥形的通管底护座318，通管底护座318可以保护及引导注胶通管317处于上贯通管313和下贯通管314的底端，保证在注入KJ-770硅胶粘合处理剂的过程中，保证上贯通管313和下贯通管314始终处于垂直状态，直径为3cm的通管把柄315位于直径为2cm、高度为8cm的注胶通管317的外端侧，转动通管把柄315可以控制注胶通管317中的KJ-770硅胶粘合处理剂的流量，直径为5cm、高度为1cm的注胶护板316位于上贯通管313和下贯通管314的顶端侧，直径为5cm、高度为1cm的注胶护板316可以保护注胶通管317顶端出口免受外界干扰。

外层模块包括直径为8cm、长度为15cm、材质为超高分子量聚乙烯纤维的内超硬层312，直径为8cm、长度为15cm、PET材质的内隔热层311，直径为8cm、长度为50cm、PET材质的外传热层308，直径为8cm、长度为50cm、PBT导热材料材质的内导热增强层309，直径为8cm、长度为15cm、聚甲基丙烯酸甲酯材质的外硬质层306，直径为8cm、长度为15cm、玻纤增强30％PET材质的外隔温增强层307；其中，材质为超高分子量聚乙烯纤维的内超硬层312的内侧与PET材质的内隔热层311的外侧相连，材质为超高分子量聚乙烯纤维的内超硬层312紧邻PBT导热材料材质的内导热增强层309，PBT导热材料材质的内导热增强层309的外侧与外传热层308的内层相连接，PBT导热材料材质的内导热增强层309紧邻玻纤增强30％PET材质的外隔温增强层307，外隔温增强层307的外侧与外硬质层306的内侧相连接，外隔温增强层307紧邻直径为4cm、圆球外形的第一固纤端303，通过内超硬层312将内隔热层311压制于GYTA53+33型传感光纤310的外周，通过直径为8cm、长度为15cm、PET材质的内隔热层311将外界的热量阻挡在内隔热层311外侧，材质为超高分子量聚乙烯纤维的内超硬层312可以起到保护PET材质的内隔热层311免受外界不利荷载的损坏，直径为8cm、长度为15cm、PET材质的外传热层308将PBT材质的内导热增强层309压制到GYTA53+33型传感光纤310的外周且起到保护PBT材质的内导热增强层309作用，直径为8cm、长度为15cm、PET材质的外传热层308可以更加快速有效地保证PBT材质的内导热增强层309将外界增加或者减少的热量有效地传递到GYTA53+33型传感光纤310上，PET材质的外隔温增强层307主要是隔绝最外端的GYTA53+33型传感光纤310与外界的热量交换，且聚甲基丙烯酸甲酯材质的外硬质层306主要是起到保护PET材质的外隔温增强层307免受外界破坏，由于外硬质层306和外隔温增强层307处于GYTA53+33型传感光纤310的外侧，外硬质层306的材料强度和外隔温增强层307的防渗能力都远大于内超硬层312和内隔热层311。

端口模块包括直径为2cm、高度为1.5cm的上注胶管304，直径为4cm、圆球外形的第一固纤端303，长度为4cm、直径为1cm的第一容固管302，直径为0.5cm的末端过渡轮301、外形为长方体，重量为0.5kg的第一增重垂拉块300，直径为2cm、高度为1.5cm的上注胶管304，直径为2cm、高度为1.5cm的下注胶管305，直径为4cm、圆球外形的第二固纤端319，长度为4cm、直径为1cm的第二容固管320，直径为0.5cm的首端过渡轮321，外形为长方体、重量为0.5kg的第二增重垂拉块322；直径为4cm、圆球外形的第一固纤端303和直径为4cm、圆球外形的第二固纤端319的上端侧固定有直径为2cm、高度为1.5cm的上注胶管304，第一固纤端303和第二固纤端319的中间位置固定有长度为4cm、直径为1cm的第一容固管302，第一固纤端303和第二固纤端319的下端侧固定有直径为2cm、高度为1.5cm的下注胶管305，第一固纤端303紧接末端过渡轮301，末端过渡轮301紧接外形为长方体、重量为0.5kg的第一增重垂拉块300，第二固纤端319紧接首端过渡轮321，首端过渡轮321紧接第二增重垂拉块322。

本发明中，直径为2cm、高度为1.5cm的上注胶管304的底端和等尺寸的下注胶管305的顶端分别与长度为4cm、直径为1cm的第一容固管302的顶端和底端是贯通的，通过第一固纤端303将上注胶管304、下注胶管305、第一容固管302连接在一起，且第一固纤端303和第二固纤端319的截面为圆形截面，通过直径为2cm的上注胶管304将KJ-770硅胶粘合处理剂注入到第一容固管302的上半截面处，再通过直径为2cm的下注胶管305将KJ-770硅胶粘合处理剂注入到第一容固管302的下半截面处；通过第二容固管320上的上注胶管304将KJ-770硅胶粘合处理剂注入到第二容固管320的上半截面内，通过第二容固管320上的下注胶管305将KJ-770硅胶粘合处理剂注入到第二容固管320的下半截面内；

本发明中，外形为长方体、重量为0.5kg的第一增重垂拉块300与直径为0.5cm的末端过渡轮301配套使用，外形为长方体、重量为0.5kg的第二增重垂拉块322与直径为0.5cm的首端过渡轮321配合使用，通过直径为0.5cm的首端过渡轮321将传感光纤310从第二容固管320内穿入，GYTA53+33型传感光纤310在长度为4cm、直径为1cm的第一容固管302处穿出，在经过外形为长方体、重量为0.5kg的第二增重垂拉块322将首端处的GYTA53+33型传感光纤310拉直，后通过重量为0.5kg的第一增重垂拉块300将整个GYTA53+33型传感光纤310拉直，使得具有一定的预应力。

一种传感光纤测渗增敏装置的使用方法，包括以下步骤：

第一步，确定江苏某堤防上的渗流待监测区域需要布设的传感光纤310为200m，其中，有5个需要重点监测区域，即有5个区域需要进行增敏处理，且每个增敏段的长度要求为1.0m，基于上述实际使用的传感光纤310测渗增敏装置可以增敏的长度为1.73m，可增敏段长度为1m，其满足本次工程要求，通过设计的布设方案，确定20m-21.73m、62m-63.73m、135m-136.73m、158m-159.73m、192m-193.73m为实际需要增敏的区域，为了更好地体现本次具体的应用过程，选择20m-21.73m段作为具体增敏分析段；

第二步，确定了GYTA53+33型传感光纤310中20m-21.73m段作为增敏段后，将该段传感光纤310放置于传感光纤310测渗增敏装置中。首先，GYTA53+33型传感光纤31020m-21.73m段穿过直径为0.5cm的首端过渡轮321、长度为4cm、直径为1cm的第二容固管320、长度为4cm、直径为1cm的第一容固管302、直径为0.5cm的末端过渡轮301，然后通过直径为2cm、高度为8cm的注胶通管317嵌入直径为5cm、高度为10cm的上贯通管313和直径为5cm、高度为10cm的下贯通管314中；其次，将中控模块两侧的内超硬层312、内隔热层311，外传热层308、内导热增强层309以及外硬质层306、外隔温增强层307以对称形式进行布设，且内超硬层312固定在内隔热层311外侧，外传热层308固定在内导热增强层309外侧，外硬质层306固定在外隔温增强层307外侧，内导热增强层309位于内隔热层311和外隔温增强层307的中间位置，通过内隔热层311和外隔温增强层307隔热断热及内导热增强层309的传热增热组合作用，放大了二次加工后传感光纤310内导热增强层309段处与外界渗流水体的热量交换的效果，实现渗流性态的增密辨识；

第三步，通过在GYTA53+33型传感光纤310的两端固定重量为0.5kg的第二增重垂拉块322和重量为0.5kg的第一增重垂拉块300，可以实现单端口5KN的荷载预拉伸力，其不但可以保证GYTA53+33型传感光纤310的增敏效果，还可以保证GYTA53+33型传感光纤310抵抗外界荷载的作用，可以延长传感光纤310使用寿命和增加监测灵敏度，通过第一固纤端303和第二固纤端319中的上注胶管304和下注胶管305将快干胶水注入到第一容固管302和第二容固管320中，待快干胶水凝固之后，打开上下端的通管把柄315，让KJ-770硅胶粘合处理剂从上下侧的注胶通管317同时流出，且不断地将KJ-770硅胶粘合处理剂挤压到两侧的内隔热层311、内导热增强层309、外隔温增强层307中与传感光纤310相接触的缝隙中，封装内隔热层311、内导热增强层309、外隔温增强层307处的传感光纤310；

第四步，待以上工序处理完成之后，静置一段时间之后，检测传感光纤310的联通性，后再按照上述2～4步骤的流程对62m-63.73m、135m-136.73m、158m-159.73m、192m-193.73m段进行增敏设置，待所有需要增敏段增敏结束之后，进行实际的布设与信息采集和处理，然后实现重点监测该堤段的待测区域的渗流性态。

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)

1.一种传感光纤测渗增敏装置，其特征在于：包括中控模块、外层模块、端口模块，所述中控模块两侧均设有外层模块和端口模块，外层模块位于中控模块和端口模块之间；

所述中控模块包括通管把柄、上贯通管、注胶通管和下贯通管，所述通管把柄的一端与注胶通管相连接，注胶通管嵌入在上贯通管和下贯通管中，传感光纤位于上贯通管和下贯通管之间；

所述外层模块包括内超硬层、内隔热层、外传热层、内导热增强层、外硬质层、外隔温增强层，所述内超硬层的内侧与内隔热层的外侧相连，所述内超硬层紧邻内导热增强层，所述内导热增强层的外侧与外传热层的内层相连接，内导热增强层紧邻外隔温增强层，所述外隔温增强层的外侧与外硬质层的内侧相连接，外隔温增强层紧邻固纤端，传感光纤依次穿过内隔热层、内导热增强层和外隔温增强层；

所述端口模块包括上注胶管、圆球形的固纤端、容固管、下注胶管；所述固纤端上端侧固定有上注胶管，固纤端的中间位置固定有容固管，固纤端的下端侧固定有下注胶管，传感光纤穿过容固管。

2.根据权利要求1所述的传感光纤测渗增敏装置，其特征在于：所述中控模块的两侧对称设有外层模块和端口模块。

3.根据权利要求2所述的传感光纤测渗增敏装置，其特征在于：所述容固管的端部设有过渡轮，传感光纤绕过过渡轮后与增重垂直拉块连接。

4.根据权利要求3所述的传感光纤测渗增敏装置，其特征在于：所述上贯通管和下贯通管的顶端布设有注胶护板，上贯通管和下贯通管的底端设有三角锥形的通管底护座，注胶通管的端部位于通管底护座内。

5.一种如权利要求4所述的传感光纤测渗增敏装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，基于实际工程监测的需要，首先确定传感光纤需要增敏的长度，然后将传感光纤中需要增敏段放置于传感光纤测渗增敏装置中，打开左侧的过渡轮、容固管和右侧的容固管、过渡轮，将注胶通管嵌入上贯通管和下贯通管中，通过通管底护座将注胶通管固定在上贯通管和下贯通管中；

第二步，按照外层模块分布在中控模块两侧、端口模块分布在外层模块的两侧的原则，将外层模块中的内超硬层、内隔热层、外传热层、内导热增强层以及外硬质层、外隔温增强层以对称形式由外到内依次进行布设，并且通过注水检查不同段层级之间连接处的密合情况；

第三步，将传感光纤中需要增敏段的首端固定上增重垂拉块，在传感光纤中需要增敏段的末端固定上另一个增重垂拉块，在两个增重垂拉块拉力作用下，通过两端的固纤端中的上注胶管和下注胶管将胶水注入到容固管中；

第四步，待处于末端过渡轮和首端过渡轮处的传感光纤被牢固固定之后，传感光纤测渗增敏装置中传感光纤一直处于水平状态，同时打开传感光纤测渗增敏装置的上下端的通管把柄，让胶水从上下侧的注胶通管同时流出，且不断的将胶水挤压到两侧的内隔热层、内导热增强层、外隔温增强层中与传感光纤相接触的位置，使得内隔热层、内导热增强层、外隔温增强层与传感光纤密切咬合，且将处于注胶通管处的传感光纤一起进行胶水封装和密合；

第五步，前述工作完成之后，检测传感光纤的联通性，后依次根据需要进行其他位置处的增敏设置，直到所有需要增敏段增敏结束之后，将具有测渗增敏段的传感光纤布设到需要布置位置，并且进行数据收集与分析。