CN108457263A - 一种基于光纤的道路工程变形监测设备 - Google Patents

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贾致荣
高磊
袁中玉
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D1/00—Investigation of foundation soil in situ
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C3/00—Foundations for pavings

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤的道路工程变形监测设备，主要包括道路路基以及基于布里渊散射的分布式光纤传感系统，其中基于布里渊散射的分布式光纤传感系统主要由BOTDR主机和传导光纤构成；所述道路路基的坡面铺设有预埋钢网，本发明当预埋钢网出现变形时，定位尼龙拉绳拉动横向承载拉绳产生局部形变，而横向承载拉绳的形变则可通过BOTDR主机和传导光纤所监测，此时整个预埋钢网的顶端拉伸力度便可被远端主机所监测到，从而实现变形或者受拉扯的情况的有效检测，整体无需进行传统的光纤埋设，整体施工难度更低。

Description

一种基于光纤的道路工程变形监测设备
技术领域
本发明涉及路基检测领域，尤其是涉及一种基于光纤的道路工程变形监测设备。
背景技术
路基的基底变形多发生于填方路堤地段，其主要表现形式为滑移、挤出和塌陷。一般路堤和高填路堤对路基基底的要求是要有足够的承载力，它不仅承受车辆在运营中产生的动荷载，而且还承受很大的填土压力，因此基底土的变形性质和变形量的大小主要决定于基底土的力学性质、基底面的倾斜程度、软层或软弱结构面的性质与产状等。
此外，水文地质条件也是促进基底不稳定的因素，它往往使基底发生巨大的塑性变形而造成路基的破坏。如路基底下有软弱的泥质夹层，当其倾向与坡向一致时，若在其下方开挖取土或在上方填土加重，都会引起路堤整个滑移。
对于现有的路基结构来说，路基变形需要定期查验，整体不仅工程量大，而且检测效率低，尤其是预埋钢网检查更是困难，传统的目视难以察觉到局部变形情况。
发明内容
本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。
一种基于光纤的道路工程变形监测设备，主要包括道路路基以及基于布里渊散射的分布式光纤传感系统，其中基于布里渊散射的分布式光纤传感系统主要由BOTDR主机和传导光纤构成；所述道路路基的坡面铺设有预埋钢网，预埋钢网采用预埋螺栓与道路路基固定连接；所述道路路基的顶面上采用螺栓固定设有一水平设置的设备盒，其中设备盒呈空心的长方体状结构；设备盒的前表面均匀的开设有与设备盒内腔相连通的线孔；所述预埋钢网的上边沿位置绑接固定有多根呈涨紧状的定位尼龙拉绳，所述定位尼龙拉绳的另一端从线孔传动穿至设备盒的内侧；所述BOTDR主机和传导光纤均设于设备盒内，设备盒内设有一水平设置的横向承载拉绳，且横向承载拉绳的两端采用螺栓固定在拉绳固定座上，拉绳固定座则采用螺栓固定在设备盒内；所述传导光纤呈水平向贴合并绑接在横向承载拉绳上，且BOTDR主机的脉冲光发射端与传导光纤的入射端相连接；所述定位尼龙拉绳位于设备盒内的一端绑接在横向承载拉绳上。
当预埋钢网出现变形时，定位尼龙拉绳拉动横向承载拉绳产生局部形变，而横向承载拉绳的形变则可通过BOTDR主机和传导光纤所监测，具体监测原理是，BOTDR主机发射一定频率的脉冲光，该脉冲光自传导光纤的一端入射，入射的脉冲光与传导光纤中的声学声子发生相互作用后产生布里渊散射，其中的背向布里渊散射光沿光纤原路返回到脉冲光的入射端，进入BOTDR主机的受光部和信号处理单元，经过一系列复杂的信号处理可以得到光纤沿线的布里渊背散光的功率分布，发生散射的位置脉冲光的入射端，即至BOTDR主机的距离可以通过计算得到。之后按照上述的方法按一定间隔改变入射光的频率反复测量，就可以获得光纤上每个采样点的布里渊散射光的频谱图，如果光纤受到轴向拉伸，拉伸段光纤的布里渊频移就要发生改变，通过频移的变化量与光纤的应变之间的线性关系就可以得到应变量。光纤布里渊散射传感技术利用了光纤中布里渊散射光的频移变化量与光纤所受的轴向应变之间对应的线性关系，只要探测光纤中布里渊散射光的频移，就可以得应变在此区段上的数据，并用这种曲线来反映光纤应力应变特性，在监控计算机上显示出来。
作为本发明进一步的方案：所述BOTDR主机的信号输出端通过RS485信号传输线连接无线AP通讯设备的信号接收端，利用无线AP通讯设备与远端主机实现通讯连接，从而实现远端主机的数据监测以及处理。
作为本发明进一步的方案：所述设备盒采用工程塑料制成，整体可以减少对无线AP通讯设备造成屏蔽影响。
作为本发明进一步的方案：所述BOTDR主机和无线AP通讯设备均连接220V交流供电电源。
本发明的有益效果：本发明当预埋钢网出现变形时，定位尼龙拉绳拉动横向承载拉绳产生局部形变，而横向承载拉绳的形变则可通过BOTDR主机和传导光纤所监测，此时整个预埋钢网的顶端拉伸力度便可被远端主机所监测到，从而实现变形或者受拉扯的情况的有效检测，整体无需进行传统的光纤埋设，整体施工难度更低。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明的局部结构示意图。
图中：1-道路路基、2-预埋钢网、3-预埋螺栓、4-定位尼龙拉绳、5-设备盒、6-线孔、7-横向承载拉绳、8-拉绳固定座、9-传导光纤、10-BOTDR主机、11-无线AP通讯设备。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～2，本发明实施例中，一种基于光纤的道路工程变形监测设备，主要包括道路路基1以及基于布里渊散射的分布式光纤传感系统，其中基于布里渊散射的分布式光纤传感系统主要由BOTDR主机10和传导光纤9构成；所述道路路基1的坡面铺设有预埋钢网2，预埋钢网2采用预埋螺栓3与道路路基1固定连接；所述道路路基1的顶面上采用螺栓固定设有一水平设置的设备盒5，其中设备盒5呈空心的长方体状结构；设备盒5的前表面均匀的开设有与设备盒5内腔相连通的线孔6；所述预埋钢网2的上边沿位置绑接固定有多根呈涨紧状的定位尼龙拉绳4，所述定位尼龙拉绳4的另一端从线孔6传动穿至设备盒5的内侧；所述BOTDR主机10和传导光纤9均设于设备盒5内，设备盒5内设有一水平设置的横向承载拉绳7，且横向承载拉绳7的两端采用螺栓固定在拉绳固定座8上，拉绳固定座8则采用螺栓固定在设备盒5内；所述传导光纤9呈水平向贴合并绑接在横向承载拉绳7上，且BOTDR主机10的脉冲光发射端与传导光纤9的入射端相连接；所述定位尼龙拉绳4位于设备盒5内的一端绑接在横向承载拉绳7上。
当预埋钢网7出现变形时，定位尼龙拉绳4拉动横向承载拉绳7产生局部形变，而横向承载拉绳7的形变则可通过BOTDR主机10和传导光纤9所监测，具体监测原理是，BOTDR主机10发射一定频率的脉冲光，该脉冲光自传导光纤9的一端入射，入射的脉冲光与传导光纤9中的声学声子发生相互作用后产生布里渊散射，其中的背向布里渊散射光沿光纤原路返回到脉冲光的入射端，进入BOTDR主机10的受光部和信号处理单元，经过一系列复杂的信号处理可以得到光纤沿线的布里渊背散光的功率分布，发生散射的位置脉冲光的入射端，即至BOTDR主机10的距离可以通过计算得到。之后按照上述的方法按一定间隔改变入射光的频率反复测量，就可以获得光纤上每个采样点的布里渊散射光的频谱图，如果光纤受到轴向拉伸，拉伸段光纤的布里渊频移就要发生改变，通过频移的变化量与光纤的应变之间的线性关系就可以得到应变量。光纤布里渊散射传感技术利用了光纤中布里渊散射光的频移变化量与光纤所受的轴向应变之间对应的线性关系，只要探测光纤中布里渊散射光的频移，就可以得应变在此区段上的数据，并用这种曲线来反映光纤应力应变特性，在监控计算机上显示出来。
所述BOTDR主机10的信号输出端通过RS485信号传输线连接无线AP通讯设备11的信号接收端，利用无线AP通讯设备11与远端主机实现通讯连接，从而实现远端主机的数据监测以及处理。
所述设备盒5采用工程塑料制成，整体可以减少对无线AP通讯设备11造成屏蔽影响。
所述BOTDR主机10和无线AP通讯设备11均连接220V交流供电电源。
本发明的工作原理是：当预埋钢网7出现变形时，定位尼龙拉绳4拉动横向承载拉绳7产生局部形变，而横向承载拉绳7的形变则可通过BOTDR主机10和传导光纤9所监测，此时整个预埋钢网7的顶端拉伸力度便可被远端主机所监测到，从而实现变形或者受拉扯的情况的有效检测，整体无需进行传统的光纤埋设，整体施工难度更低。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (4)

1.一种基于光纤的道路工程变形监测设备，主要包括道路路基以及基于布里渊散射的分布式光纤传感系统，其中基于布里渊散射的分布式光纤传感系统主要由BOTDR主机和传导光纤构成；所述道路路基的坡面铺设有预埋钢网，预埋钢网采用预埋螺栓与道路路基固定连接；其特征在于，所述道路路基的顶面上采用螺栓固定设有一水平设置的设备盒，其中设备盒呈空心的长方体状结构；设备盒的前表面均匀的开设有与设备盒内腔相连通的线孔；所述预埋钢网的上边沿位置绑接固定有多根呈涨紧状的定位尼龙拉绳，所述定位尼龙拉绳的另一端从线孔传动穿至设备盒的内侧；所述BOTDR主机和传导光纤均设于设备盒内，设备盒内设有一水平设置的横向承载拉绳，且横向承载拉绳的两端采用螺栓固定在拉绳固定座上，拉绳固定座则采用螺栓固定在设备盒内；所述传导光纤呈水平向贴合并绑接在横向承载拉绳上，且BOTDR主机的脉冲光发射端与传导光纤的入射端相连接；所述定位尼龙拉绳位于设备盒内的一端绑接在横向承载拉绳上。
2.根据权利要求1所述的基于光纤的道路工程变形监测设备，其特征在于，所述BOTDR主机的信号输出端通过RS485信号传输线连接无线AP通讯设备的信号接收端。
3.根据权利要求1所述的基于光纤的道路工程变形监测设备，其特征在于，所述设备盒采用工程塑料制成。
4.根据权利要求1所述的基于光纤的道路工程变形监测设备，其特征在于，所述BOTDR主机和无线AP通讯设备均连接220V交流供电电源。
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