CN106291847A - 圆环形加热测温光缆 - Google Patents

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丁勇
刘康康
周凯笛
张涵宇
蒋佳红
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Abstract

本发明公开了一种圆环形加热测温光缆，用于监测基坑渗流位置及流量。该圆环形加热测温光缆，光缆中部是空心的，内环为钢带；钢带上密集缠绕两条发热导线和两条光纤套管以及隔热加强筋，每条套管内装有2条测温光纤；外围用钢带将发热导线和光纤套管包裹形成环圈，环圈内用隔热材料隔热加强筋将发热导线和光纤套管隔开，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。本发明显著提高了光缆的传热效率和空间分辨率。

Description

圆环形加热测温光缆
技术领域
本发明涉及基坑工程监测技术领域，特别是一种圆环形加热测温光缆。
背景技术
岩土体渗流是影响边坡基坑等稳定性的主要因素，为了确保基坑工程的安全，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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高传热效率和空间分辨率的圆环形加热测温光缆，用于监测基坑流渗及流量。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种圆环形加热测温光缆，包括第一光纤套管、第二光纤套管、第一发热导线、第二发热导线、隔热加强筋、第一钢带、第二钢带、导热外护套；其中第一光纤套管、第二光纤套管、第一发热导线、第二发热导线、隔热加强筋密集缠绕于第一钢带上，并用隔热加强筋将第一光纤套管、第二光纤套管、第一发热导线、第二发热导线隔离开；第二钢带将第一光纤套管、第二光纤套管、第一发热导线、第二发热导线、隔热加强筋包裹形成环圈，第二钢带外围再覆以导热外护套。
进一步地，所述第一钢带的横截面上，令第一光纤套管位于0°方位角位置、第二光纤套管位于180°方位角位置、第一发热导线则位于120°方位角位置、第二发热导线位于240°方位角位置。
进一步地，所述第一光纤套管中设置第一光纤、第二光纤，第二光纤套管中设置第三光纤、第四光纤，测温光缆的尾端连接方式为：第一光纤套管中的第一光纤与第二光纤套管中第三光纤相熔接形成测温回路，第一光纤套管中第二光纤与第二光纤套管中第四光纤相熔接形成测温回路，第一发热导线与第二发热导线相连接形成通电回路。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)光缆中间为空心结构，空气是有效的热量绝热体，两条发热导线和两条光纤套管被隔热加强筋分隔于四个绝热区域，提高了传热效率；(2)光纤套管、发热导线、隔热加强筋密集缠绕于第一钢带上，有效的提高光缆的空间分辨率；(3)发热导线通电产生的热量，通过钢带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，甚至没有热量，由此可以提高测温光缆对渗流的灵敏度。
附图说明
图1为本发明测温光缆的横截面示意图。
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3为本发明测温光缆的传热路径工作原理示意图。
图4为本发明测温光缆中光纤套管、发热导线、隔热加强筋的缠绕图。
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：
结合图1，本发明圆环形加热测温光缆，包括第一光纤套管11、第二光纤套管12、第一发热导线21、第二发热导线22、隔热加强筋3、第一钢带41、第二钢带42、导热外护套5；其中第一光纤套管11、第二光纤套管12、第一发热导线21、第二发热导线22、隔热加强筋3密集缠绕于第一钢带41上，并用隔热加强筋3将第一光纤套管11、第二光纤套管12、第一发热导线21、第二发热导线22隔离开；第二钢带42将第一光纤套管11、第二光纤套管12、第一发热导线21、第二发热导线22、隔热加强筋3包裹形成环圈，第二钢带42外围再覆以导热外护套5。
所述第一钢带41的横截面上，令第一光纤套管11位于0°方位角位置、第二光纤套管12位于180°方位角位置、第一发热导线21则位于120°方位角位置、第二发热导线22位于240°方位角位置。
结合图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：第一光纤套管11中设置第一光纤111、第二光纤112，第二光纤套管12中设置第三光纤121、第四光纤122，第一光纤套管11中的第一光纤111与第二光纤套管12中第三光纤121相熔接形成测温回路，第一光纤套管11中第二光纤112与第二光纤套管12中第四光纤122相熔接形成测温回路，第一发热导线21与第二发热导线22相连接形成通电回路。
结合图3，在本圆环形加热测温光缆中第一发热导线21、第二发热导线22通电产生的热量通过第一钢带41、第二钢带42以及导热外护套5传导给第一光纤套管11和第二光纤套管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，在本加热测温光缆中第一光纤套管11距离第一发热导线21、第二发热导线22较远，第二光纤套管12距离第一发热导线21、第二发热导线22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。
结合图4，本圆环形加热测温光缆中，第一光纤套管11、第二光纤套管12、第一发热导线21、第二发热导线22被隔热加强筋3分隔于四个绝热区域，且密集缠绕于第一钢带41上，可以有效的提高光缆的空间分辨率。本光缆中间部分是空心的，以第一钢带41为最内部支撑，有隔绝热量的作用，提高传热效率，并且可以当作临时的通水管道。
本发明基于以下工作原理：光缆中部是空心的，内环为钢带。钢带上密集缠绕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)以及隔热加强筋；外围用钢带将发热导线和光纤套管包裹形成环圈，环圈内用隔热材料隔热加强筋将发热导线和光纤套管隔开，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。
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，其中第一光纤套管11中的第一光纤111与第二光纤套管12中第三光纤121相熔接形成测温回路，第一光纤套管11中第二光纤112与第二光纤套管12中第四光纤122相熔接形成测温回路，第一发热导线21与第二发热导线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 (3)

1.一种圆环形加热测温光缆，其特征在于，包括第一光纤套管(11)、第二光纤套管(12)、第一发热导线(21)、第二发热导线(22)、隔热加强筋(3)、第一钢带(41)、第二钢带(42)、导热外护套(5)；其中第一光纤套管(11)、第二光纤套管(12)、第一发热导线(21)、第二发热导线(22)、隔热加强筋(3)密集缠绕于第一钢带(41)上，并用隔热加强筋(3)将第一光纤套管(11)、第二光纤套管(12)、第一发热导线(21)、第二发热导线(22)隔离开；第二钢带(42)将第一光纤套管(11)、第二光纤套管(12)、第一发热导线(21)、第二发热导线(22)、隔热加强筋(3)包裹形成环圈，第二钢带(42)外围再覆以导热外护套(5)。
2.根据权利要求1所述的圆环形加热测温光缆，其特征在于，所述第一钢带(41)的横截面上，令第一光纤套管(11)位于0°方位角位置、第二光纤套管(12)位于180°方位角位置、第一发热导线(21)则位于120°方位角位置、第二发热导线(22)位于240°方位角位置。
3.根据权利要求1所述的圆环形加热测温光缆，其特征在于，所述第一光纤套管(11)中设置第一光纤(111)、第二光纤(112)，第二光纤套管(12)中设置第三光纤(121)、第四光纤(122)，测温光缆的尾端连接方式为：第一光纤套管(11)中的第一光纤(111)与第二光纤套管(12)中第三光纤(121)相熔接形成测温回路，第一光纤套管(11)中第二光纤(112)与第二光纤套管(12)中第四光纤(122)相熔接形成测温回路，第一发热导线(21)与第二发热导线(22)相连接形成通电回路。
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