CN201901883U - 光纤型大变形地基沉降监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光纤型大变形地基沉降监测装置，包括底盘、穿设在底盘上的钢丝、设置在底盘上方的支架上盘和安装在支架上盘右部的滑轮，钢丝一端固定在探测孔上，钢丝另一端绕过滑轮且端头悬挂负载，底盘与支架上盘之间通过支撑杆连接，支架上盘上还固定安装壳体，壳体内部设有移动板，移动板与壳体内壁之间设有光纤弯曲传感单元，光纤弯曲传感单元包括曲线形支架以及连续布设在曲线形支架内侧相对两个面上的多个变形齿一和多个变形齿二，变形齿一与变形齿二的头部之间穿设信号光纤，信号光纤与光缆一端相接，另一端引出至监控站，光缆还连接测试单元，测试单元还与处理单元相接。本实用新型可实现远距离监测，还可构建阵列型传感装置。

Description

光纤型大变形地基沉降监测装置

技术领域

本实用新型一种地基监测装置，尤其是涉及一种光纤型大变形地基沉降监测装置。

背景技术

各类建筑物及人工设施的建设都需要处理好地基，如高层建筑物、公路、铁路的建设中，地基的处理是非常关键。地基上修筑的公路、铁路、房屋对地基有附加压力，一段时间后地基会产生变形，主要现象是不均匀沉降，而这对建筑物、公路、铁路就会产生影响，严重时造成破坏。所以对地基的沉降监测是十分必要的。另外在涉及冻土地带的沉降监测中一方面希望能远距离监测，同时希望有较大的动态范围。

现有地基沉降监测仪器主要有电磁式沉降仪、干簧管式沉降仪、横臂式沉降仪、水杯式沉降仪等，其技术原理基本相同，都需要使用测尺、靠人工来测量。使用最广泛的是磁环式沉降仪，其测量沉降的方法是将一沉降管锚固在基岩上，磁环套装在沉降管外围，并埋设在关心地基中的土层位置。当地基下沉时，磁环随地基同步下沉而沉降管没有变化，磁环则沿沉降管的轴向向下移动，通过测算磁环与沉降管之间的位移量，实现测量。该方法成本低，结构简单，便于施工，其缺点是需人工现场操作，劳动强度大，测试精度低，无法进行远程测试，同时也不能实时监测，长期监测也是较为困难的。这些已不能满足现代高速发展的工程需要。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种光纤型大变形地基沉降监测装置，其结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，同时具有较强的环境抗干扰能力，抗电磁干扰能力，以及较大的动态监测范围，不仅可实现远距离监测，还可以构建阵列型传感装置，具有广阔的应用前景。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种光纤型大变形地基沉降监测装置，其特征在于：包括底盘、穿设在底盘上的钢丝、设置在底盘上方的支架上盘和安装在支架上盘右部的滑轮，所述钢丝一端固定在探测孔的固定点上，所述钢丝另一端绕过滑轮且端头悬挂负载，所述底盘与支架上盘之间通过支撑杆相连接，所述支架上盘上还固定安装有壳体，所述壳体通过轴与滑轮连接，所述轴与壳体之间为滑动配合，所述壳体内部设置有移动板，所述移动板与壳体内壁通过导槽滑动配合，所述移动板与位于壳体内部的轴之间为螺纹配合，所述移动板与壳体内壁之间设置有光纤弯曲传感单元，所述光纤弯曲传感单元包括曲线形支架以及连续布设在曲线形支架内侧相对两个面上的多个变形齿一和多个变形齿二，所述变形齿一与变形齿二之间呈交错对应布设，所述变形齿一与变形齿二的头部之间形成曲线形通道，所述曲线形通道内部穿设有信号光纤，所述信号光纤与光缆一端相接，所述光缆另一端引出至壳体外部且位于监控站处，所述光缆还连接测试单元，所述测试单元还与处理单元相接。

上述的光纤型大变形地基沉降监测装置，其特征在于：所述光纤弯曲传感单元与移动板之间设置有辅助弹簧。

上述的光纤型大变形地基沉降监测装置，其特征在于：所述壳体一侧安装有调整螺杆，所述调整螺杆与壳体之间为螺纹配合，所述调整螺杆一端位于壳体内部且与设置在壳体内部的调整板相接触，所述光纤弯曲传感单元位于调整板与移动板之间，所述调整板与壳体之间通过导槽滑动配合。

上述的光纤型大变形地基沉降监测装置，其特征在于：所述信号光纤的一端设置有光反射装置，所述信号光纤的另一端连接1×2光分路器，所述1×2光分路器还与处理单元相接。

上述的光纤型大变形地基沉降监测装置，其特征在于：所述曲线形支架为曲线形壳体、弹簧、锯齿形支架或波纹管。

上述的光纤型大变形地基沉降监测装置，其特征在于：所述信号光纤的两端均设置有光反射装置。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、加工制作方便且结构形式多样，使用方式灵活。

2、使用操作简便且各组件间连接关系设计合理，通过光纤弯曲传感单元和光纤弯曲损耗测试仪器配合使用，实现较远距离的实时监测。

3、测试精度高，安装布设方便。

4、可以远距离对多个监测点进行测试，容易构件传感阵列。

5、由于光纤具有良好的抗电磁干扰能力，使该装置具有良好的抗电磁干扰。

6、无需操作人员到监测现场，大幅度降低了工作强度，提高了工作效率。

7、监测现场无需供电，使该装置的安装、使用降低了成本。

8、钢丝在负载下使滑轮转动，滑轮又使轴旋转，从而改变光纤弯曲测试单元的状态，一方面充分利用了光纤传感技术的高灵敏度，又同时可以支持滑轮的旋转的更多，使本装置具有更大的动态范围。

综上所述，本实用新型充分利用了现有光纤通信技术和光纤传感技术的优点，使得该装置不仅可以远距离监测，同时具有大的监测动态范围，还可以构建阵列型传感装置，能够抗电磁干扰和远距离实时监测，降低了工作强度，提高了工作效率。

下面通过附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为实施例1中曲线形支架的内部结构示意图。

图4为实施例2的结构示意图。

图5为实施例2中曲线形支架的内部结构示意图。

图6为实施例3的结构示意图。

图7为实施例3中曲线形支架的内部结构示意图。

图8为实施例4的结构示意图。

图9为实施例5的结构示意图。

图10为实施例6的结构示意图。

图11为实施例7的结构示意图。

附图标记说明：

1-光缆；         2-底盘；          3-支撑杆；

4-支架上盘；     4-1-变形齿一；    4-2-变形齿二；

5-测试单元；     6-壳体；          7-处理单元；

8-探测孔；       9-钢丝；          10-滑轮；

11-导槽；        12-移动板；       13-轴承；

15-轴；          16-负载；         17-固定点一；

19-曲线形支架；  20-辅助弹簧；     21-固定点二；

22-调整螺杆；    23-调整板；       27-锯齿板；

33-信号光纤；    38-弹簧丝；       40-波纹管；

41-管壁；        45-1×2光分路器； 46-光反射装置。

具体实施方式

实施例1

如图1、2和3所示的一种光纤型大变形地基沉降监测装置，包括底盘2、穿设在底盘2上的钢丝9、设置在底盘2上方的支架上盘4和安装在支架上盘4右部的滑轮10，所述钢丝9一端固定在探测孔8的固定点一17上，所述钢丝9另一端绕过滑轮10且端头悬挂负载16，所述底盘2与支架上盘4之间通过支撑杆3相连接，所述支架上盘4上还固定安装有壳体6，所述壳体6通过轴15与滑轮10连接，所述轴15与壳体6之间为滑动配合，所述壳体6内部设置有移动板12，所述移动板12与壳体6内壁通过导槽11滑动配合，所述移动板12与位于壳体6内部的轴15之间为螺纹配合，所述移动板12与壳体6内壁之间设置有光纤弯曲传感单元，所述光纤弯曲传感单元包括曲线形支架19以及连续布设在曲线形支架19内侧相对两个面上的多个变形齿一4-1和多个变形齿二4-2，所述变形齿一4-1与变形齿二4-2之间呈交错对应布设，所述变形齿一4-1与变形齿二4-2的头部之间形成曲线形通道，所述曲线形通道内部穿设有信号光纤33，所述信号光纤33与光缆1一端相接，所述光缆1另一端引出至壳体6外部且位于监控站处，所述光缆1还连接测试单元5，所述测试单元5还与处理单元7相接。

本实施例中，所述曲线形支架19为曲线形壳体，多个变形齿一4-1和多个变形齿二4-2对应布设在曲线形壳体19的内壁上。位于外部的光缆1外套装有保护性套管，如钢管，以保证光缆不受损坏。所述信号光纤33为外部包有多层保护层的光纤，所述信号光纤33为外部包有多层光纤保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等，也可以为塑料光纤、多芯光纤、细径光纤或光子晶体光纤，或是多根信号光纤33并排夹持在变形齿一4-1与变形齿二4-2之间，或是多根信号光纤33通过树脂合并为信号光纤束或信号光纤带；所述信号光纤33外部包覆有一层防水材料层，如防水油膏，可进一步防止水分子对信号光纤33的侵蚀，延长了信号光纤33的使用寿命。

本实用新型的使用方法为：在监测点位置的土体中钻一探测孔8，固定点一17位于探测孔8中设定位置，钢丝9的一端固定在固定点一17处，探测孔8的出口设置有由底盘2、支撑杆3和支架上盘4构成的拉力支架，钢丝9通过滑轮10连接一负载16，对钢丝9施加恒定的荷载；轴15的一端固定有滑轮10，轴15另一端延伸至壳体6内部，且位于壳体6内部的轴15表面布设有螺纹，该螺纹与位于壳体6内的移动版12是螺纹配合，一种优选的做法是轴15与壳体6通过轴承13连接在一起。当监测点处的土体下沉时，底盘2及附着在底盘2上的部件均同步下沉，这时在负载16的作用下钢丝9使滑轮转动，从而使轴15转动并在轴15的螺纹作用下使移动板12移动，移动板12移动使曲线型壳体19压缩，导致布设在曲线形壳体19的内壁上相对两侧的多个变形齿一4-1与多个变形齿二4-2之间的距离减小，变形齿一4-1与变形齿二4-2之间的距离变化信号光纤33的弯曲曲率变化，导致在信号光纤33内传输的光信号功率的变化，通过测试单元5测得该变化并将该信息传递给处理单元7，处理单元7经计算得到土体下沉的位移。

实施例2

如图4和5所示，本实施例与实施例1不同的是：所述曲线形支架19由弹簧丝38构成，变形齿一4-1和变形齿二4-2对应布设在弹簧丝38中相邻两圈弹簧丝之间，且变形齿一4-1与变形齿二4-2之间相互交错布设。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例3

如图6和7所示，本实施例与实施例1不同的是：所述曲线形支架19为波纹管40，变形齿一4-1和变形齿二4-2对应布设在波纹管40的管壁41上内凹处的相对两个侧面上，且变形齿一4-1和变形齿二4-2相互交错布设。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例4

如图8所示，本实施例与实施例1不同的是：所述曲线形支架19为锯齿形支架，锯齿形支架由锯齿板27构成，且锯齿板27由两个锯齿板相扣而成，两块锯齿板27的相对面上布设有相互交错对应的变形齿一4-1和变形齿二4-2。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例5

如图9所示，本实施例与实施例1不同的是：所述光纤弯曲传感单元与移动板12之间设置有辅助弹簧20，辅助弹簧20通过固定点二21与曲曲线形支架19连接。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例6

如图10所示，本实施例与实施例1不同的是：所述信号光纤33的一端设置有光反射装置46，光反射装置46固定在壳体6内壁上，所述信号光纤33的另一端连接1×2光分路器45，所述1×2光分路器45还与处理单元7相接，这样可以使在信号光纤33中传输的光信号两次通过使光纤弯曲的曲线型壳体19，从而进一步提高传感精度。优选的，在信号光纤33的两端均设置有光反射装置46，则测试单元5通过检测信号光纤33的两端的光反射装置46的反射光信号功率之差，就可以得到该信号光纤33的损耗值，并可避免测试单元5中的光源、光探测器以及光缆1中的光纤链路性能的变化而引入的误差，进一步提高测试结果的精度。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例7

如图11所示，本实施例与实施例1不同的是：所述壳体6一侧安装有调整螺杆22，所述调整螺杆22与壳体6之间为螺纹配合，所述调整螺杆22一端位于壳体6内部且与设置在壳体6内部的调整板23相接触，所述光纤弯曲传感单元位于调整板23与移动板12之间，所述调整板23与壳体6之间通过导槽11滑动配合。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种光纤型大变形地基沉降监测装置，其特征在于：包括底盘(2)、穿设在底盘(2)上的钢丝(9)、设置在底盘(2)上方的支架上盘(4)和安装在支架上盘(4)右部的滑轮(10)，所述钢丝(9)一端固定在探测孔(8)的固定点一(17)上，所述钢丝(9)另一端绕过滑轮(10)且端头悬挂负载(16)，所述底盘(2)与支架上盘(4)之间通过支撑杆(3)相连接，所述支架上盘(4)上还固定安装有壳体(6)，所述壳体(6)通过轴(15)与滑轮(10)连接，所述轴(15)与壳体(6)之间为滑动配合，所述壳体(6)内部设置有移动板(12)，所述移动板(12)与壳体(6)内壁通过导槽(11)滑动配合，所述移动板(12)与位于壳体(6)内部的轴(15)之间为螺纹配合，所述移动板(12)与壳体(6)内壁之间设置有光纤弯曲传感单元，所述光纤弯曲传感单元包括曲线形支架(19)以及连续布设在曲线形支架(19)内侧相对两个面上的多个变形齿一(4-1)和多个变形齿二(4-2)，所述变形齿一(4-1)与变形齿二(4-2)之间呈交错对应布设，所述变形齿一(4-1)与变形齿二(4-2)的头部之间形成曲线形通道，所述曲线形通道内部穿设有信号光纤(33)，所述信号光纤(33)与光缆(1)一端相接，所述光缆(1)另一端引出至壳体(6)外部且位于监控站处，所述光缆(1)还连接测试单元(5)，所述测试单元(5)还与处理单元(7)相接。

2.按照权利要求1所述的光纤型大变形地基沉降监测装置，其特征在于：所述光纤弯曲传感单元与移动板(12)之间设置有辅助弹簧(20)。

3.按照权利要求1所述的光纤型大变形地基沉降监测装置，其特征在于：所述壳体(6)一侧安装有调整螺杆(22)，所述调整螺杆(22)与壳体(6)之间为螺纹配合，所述调整螺杆(22)一端位于壳体(6)内部且与设置在壳体(6)内部的调整板(23)相接触，所述光纤弯曲传感单元位于调整板(23)与移动板(12)之间，所述调整板(23)与壳体(6)之间通过导槽(11)滑动配合。

4.按照权利要求1所述的光纤型大变形地基沉降监测装置，其特征在于：所述信号光纤(33)的一端设置有光反射装置(46)，所述信号光纤(33)的另一端连接1×2光分路器(45)，所述1×2光分路器(45)还与处理单元(7)相接。

5.按照权利要求1所述的光纤型大变形地基沉降监测装置，其特征在于：所述曲线形支架(19)为曲线形壳体、弹簧、锯齿形支架或波纹管。

6.按照权利要求1所述的光纤型大变形地基沉降监测装置，其特征在于：所述信号光纤(33)的两端均设置有光反射装置(46)。

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