CN202915891U - 智能土工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于定位监测和测量土木工程结构中的变形的智能上工装置。上述效果可通过以平行方式布置至少一條光纤或多條光纤而达成。所描述的智能土工装置包含在土工合成织物内平行布置的至少一条光纤或多条光纤，且每一条光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光。所述光纤中包括允许反射预定波长的至少一个光纤布拉格光栅FBG。

Description

智能土工装置

技术领域

本实用新型涉及一种智能土工装置，且更特定来说，涉及整合在土工合成织物中的多条光纤，其允许沿着所述光纤反射预定波长以便定位及定量测量所述光纤的变形，且因此在土木工程结构或可变形环境(例如土壤、软土路堤及堤坝)中放置所述智能土工布光纤传感装置可获得所述结构和环境的变形信息。 

背景技术

在堤坝、高速公路或铁路线路的施工期间，要进行大量的土木工程施工以打好基础。如果某些施工场地包括未知的自然或人造的洞室，那么在施工期间或在结构的使用期间可能会发生意外塌落。此外，如果在此施工之后进行任何操作之前没有识别出未知的洞室，那么由于过载、渗水、干旱或震动可能导致严重的事故。 

为了避免发生意外事件，在土木工程施工之前必须完成系统测深过程。然而，此系统测深的花费比较高且不仅要在施工场地采取深入检查还必须在施工场地附近采取深入检查。 

由于持续阴雨和干旱，即使陆地上没有洞室，在某些施工场地之下的土壤也可能遭受不均匀的沉降。在此情况之下陆地的变形可能要小于具有未知洞室的陆地的变形，但当考虑(例如)高速火车的安全时，所述情况证明是非常严重的。 

为了使路堤变硬，及为了限制路堤塌落的风险，习惯做法是在土壤上或在路堤内放置多片有纺或无纺土工合成织物。在此情况中，土工合成织物的线遭受相当大的力，这会导致织物延长或更严重的是使织物断裂，因此使路堤坍塌。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种装置，其包含在土木工程相关施工场地处用作变形监测系统的至少一条光纤。所揭示的装置能够提供检测发生变形的具体位置，且也能够计算所述光纤发生变形处的延长量。当空间分辨率(即，在光纤上邻近传感点之间的间距)需要改进，或当需要增加测量的表面或区域时，前述的功能可通过以平行方式布置一条 光纤或多条光纤而实现。更明确地说，光纤可整合在土工合成织物(其常规用于加强路堤)内或土工合成织物上。下文是可执行本实用新型的预定目的的实施例。 

按照本实用新型提供的一种智能土工装置，包括至少一条光纤，且每一条光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光；其中所述至少一条光纤包括允许反射一个预定波长或多个预定波长的至少一个光纤布拉格光栅FBG。 

按照本实用新型提供的另一种智能土工装置，包括以平行方式布置的至少两条光纤，且每一条光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光；其中所述光纤中的一者包括允许反射预定波长的光纤布拉格光栅FBG，且其它光纤中的至少一者包括允许反射彼此不同的至少两个波长的至少两个不同的FBG。 

按照本实用新型提供的再一种智能土工装置，其包括：至少一条光纤及光学系统。每一光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光；其中所述至少一条光纤包含允许反射一个预定波长或多个预定波长的至少一个光纤布拉格光栅FBG。所述光学系统包括：光源，其经配置以传输具有预定波长的所述光进入所述光纤；光谱分析仪，其能够同时接收及分析从所述光纤反射的光；及处理器，其能够定位所述光纤遭受变形的位置及能够测量所述光纤发生变形处的延长量。 

按照本实用新型提供的又一种智能土工装置，其包括：以平行方式布置的至少两条光纤及光学系统。每一条光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光；其中所述光纤中的一者包括允许反射预定波长的光纤布拉格光栅FBG，且其它光纤中的至少一者包括允许反射彼此不同的至少两个波长的至少两个不同的FBG。所述光学系统包括：光源，其经配置以传输具有预定波长的所述光进入所述光纤；光谱分析仪，其能够同时接收及分析从所述光纤反射的光；及处理器，其能够定位所述光纤遭受变形的位置及能够测量所述光纤发生变形处的延长量。 

本发明的一个实施例提供一种智能土工装置，其具有经配置具有一个光纤布拉格光栅(FBG)或多个FBG的至少一条光纤。每一FBG允许沿着光纤在特定传感点反射具有预定波长的光。 

本实用新型的另一实施例提供一种智能土工装置，其具有至少一条光纤及光学系统。所述光学系统具有经配置以将具有特定带宽的所述光传输到所述光纤中的消偏振光源。所述光学系统也包括能够同时接收及分析从所述光纤反射的光的光谱分析仪。所述光学系统也包含能够将从各FBG反射的光转换成波长数据的处理器，所述波长数据可接着进一步被转换成工程数据以测量在光纤及土工合成织物遭受变形地点处光纤的延长量(即，形变)。 

根据在之前实施例中描述的限制，在本实用新型的另一实施例中光纤中的一者进一步包括至少一个传感阵列，及每一传感阵列包括N2个传感群组，在每一传感群组中具有至少一个FBG或多个FBG。每一传感群组包括具有同一周期性的N1个连续及等距的FBG，及每一传感阵列包括具有在每一传感群组之间具有不同周期性的FBG的N2个传感群组。N1是大于零的整数，及N2是等于或大于一的整数。 

另一光纤中的至少一者包括至少一个传感阵列，且每一传感阵列包括具有在每一传感群组之间具有不同周期性的FBG的N2'个传感群组，且每一传感群组包括具有同一周期性的N1个连续并等距的FBG。N2'是等于或大于二的整数。 

根据在之前实施例中描述的限制，数目N2与数目N2'互质。 

根据在之前实施例中描述的限制，在光纤中的一者中的数目N1等于在其它光纤中的至少一者的一个传感阵列中的FBG的数目。 

根据在之前实施例中描述的限制，所述光纤中的至少两者包括同一布置的每一传感群组，及所述光纤之间所述传感群组的对准偏移预定距离。 

根据在之前实施例中描述的限制，位于所述光纤的一端的FBG包括最短周期性结构及位于所述光纤另一端的FBG包括最长周期性结构。 

根据在之前实施例中描述的限制，所述光纤以芯部及多层壳体结构为特征。所述芯部的内部部分在预定带宽内对于所有的波长是透明的；及所述多层壳体能够保护所述芯部免受剪力破坏、土壤中的侵蚀剂及腐蚀。 

根据在之前实施例中描述的限制，标准光纤中所述芯部的直径通常是125μm，芯部直径小于125μm的所述光纤可用于增加负荷灵敏度。但是可制作为更小用于要求较高负荷灵敏度的特定情况中。所述光纤的芯部直径大于20μm，优选地所述光纤的直径是在从150μm到950μm的范围内。 

为了能更好地理解下文的具体实施方式，前述已相当概括地概述了本实用新型的特征及技术优势。形成本实用新型的权利要求书的标的物的本实用新型的额外特征及优势将在下文中描述。所属领域的技术人员应理解，所揭示的概念及特定实施例可易于用作用于修改或设计其它结构或设计其它工艺以实现与本实用新型同样的目的的原理。所属领域的技术人员也应认识到此些等效构造未脱离如在附加的权利要求书中所陈述的本实用新型的精神及范围。 

附图说明

用下文描述且参考附图来说明本实用新型的目的及优势，其中： 

图1展示在一个实施例中描述的智能土工装置的俯视图； 

图2展示在其它实施例中光纤的放大说明，详细示出FBG在所述光纤上的布置； 

图3展示在一个实施例中描述的两个光纤之间的特定布置的示意性说明； 

图4展示从图3中展示的实施例产生的FBG反射光谱的功率对波长的图； 

图5展示在另一实施例中描述的两个光纤之间的特定布置的示意性说明； 

图6展示在又一实施例中描述的两个光纤之间的特定布置的示意性说明； 

图7是在实施例中的一者中的光纤的横截面的示意图； 

图8是在一个实施例中描述的光学系统的配置的示意图；及 

图9是展示通过重心法(COG)确定FBG反射光谱的峰值波长的示意图。 

具体实施方式

为了达到在实用新型内容中描述的预期效果，图1展示本实用新型中所推荐的实施例中的一者的俯视图。在图1中，一个土工合成织物1与以大体上平行方式布置的(不限于)五条光纤1a到1e整合。至少一条光纤即可实现测量变形这个想要的目的，及所使用光纤的数目没有特定的上限。土工合成织物1常规可为大约5.5米宽，及如果待加固的土木工程结构的直径大于土工合成织物1的宽度，则多个土工合成织物1可彼此邻近放置。选择性地，多个土工合成织物1在待加固的结构中也可部分地重叠。光纤可通过适当编织或粘合而编织到土工合成织物1中或简单地系于土工合成织物1的一侧。优选地，光纤1a到1e在土工合成织物1的生产期间插入，且它们应沿着织物的长度放置。在某一情况下，它们也可沿着织物的宽度放置。 

光纤1a到1e的一端连接到光学系统10。如在图1中展示，光学系统10包括光源10a，其经配置以传输具有预定波长的光进入光纤1a到1d。在本实施例中，光源10a是消偏振超发光二极管(SLED)。在测量稳定性方面，消偏振光比偏振光优选，以便使作用在FBG3上的横向力的影响最小化。光学系统10的光谱分析仪(OSA)10b经配置以同时接收及分析从光纤1a到1e反射的光。举例来说，在本实施例中的OSA经配置以测量由FBG3反射的光的峰值波长。 

在一个实施例中，光纤1a到1e是(举例来说)放置成相距1米。一旦土工合成织物1在土壤上是平坦放置且各FBG3间相距1米，那么FBG3的位置就形成方形网。此处值得强调的是，所述网不必以正方形的形式，任何构成网状系统的布置是在本实用新型的范围内。然而为了不丢失局部变形的相关信息，所述网的节点之间的间距不应太宽。倘若出现偶然的小范围塌落，为了具有足够的分辨率以捕捉在某尺寸范围内的变形，应设 计出节点的合理的经计算的分布。 

图2展示根据本实用新型的在其它实施例中的光纤2a到2c的放大图。光纤2a包括仅允许反射预定波长的单个或多个等距的低反射FBG3。另一光纤2b具有两部分(左部分及右部分)，及每一部分允许反射不同的波长。由于FBG的周期结构与所反射的布拉格波长成正比，因此光纤2b中左右两部分的FBG3之间的差异是FBG折射率的周期性变化不同。 

在根据本实用新型的另一实施例中，基于反射的波长的组合信息，允许两条平行的光纤2a及2b识别两个不同的位置。如在图2中展示，光纤2a仅反射1550nm的波长，及另一光纤2b具有反射1570nm的波长的左部分，及反射1580nm的波长的右部分。如果在施工中发生变形7，那么变形的位置可通过获得接近1550nm峰值及1580nm峰值的波长的变化而确定，前提条件是1570nm波长未改变。展示在图1中的光学系统10包含处理器10c，其能够定位光纤遭受的变形7及能够测量发生变形的光纤2a到2b的延长。通过使用外部数据采集单元或具有适当软件的计算机，此波长数据可接着转换为工程数据以形象化发生变形地点处的光纤的延长量(即，形变)以定位光纤及土工合成织物遭受的局部变形。 

图2展示如在另一实施例中的光纤2c的放大图。每一传感阵列4包括N2个传感群组(A、B或C)。在一个传感群组(例如A)中的FBG3的周期性不同于在另一传感群组(如B或C)中的FBG3的周期性。每一传感群组包含具有同一周期性的N1个连续及等距的FBG3。用此设计，包含N1个连续的FBG3的传感群组能够反射单一波长，及包含N2个连续的传感群组的传感阵列4能够反射N2个彼此不同的波长。如在图2的光纤2c中展示，N1及N2两者均等于三。返回参考图1，N2个传感群组及传感阵列4的布置在光纤1a到1e中的至少两者中不同。举例来说，光纤1a到1e中的一者具有与另一光纤相同的数目N1，但是数目N2'(在一个传感阵列中连续的传感群组)与此另一光纤不同。在上文提及的两条光纤中，至少一个FBG3应在每一传感群组中呈现，及所述光纤中的一者必须包含至少一个传感群组，而另一光纤必须包含至少两个传感群组。光纤的组合必须满足以下目的：一方面定位结构的变形7(如在图2中展示)，及另一方面测量发生变形的光纤的延长量。变形的位置可通过分析发生波长偏移的的光谱来确定，其中发生偏移的波长直接表明变形点。此光谱的波长偏移程度提供发生偏移的波长之间的关联及有关的位置中的光纤的延长量。下文的实施例进一步解释实现预定目的的不同布置。 

在另一实施例中，传感群组在光纤3a及3b上的分布在图3中说明。两条光纤3a及3b各自包含仅一个传感阵列，就是说，在每一光纤中没有重复的传感群组。光纤3a 包含由指代为A到T等字母的二十个传感群组，因此，将在没有压力情况下反射二十个预定的不同波长。光纤3b包含与光纤3a相同的顺序模式，但光纤3a与3b之间的传感群组的对准偏移预定距离“l”。为了进一步定义词“对准”，可以考虑在光纤3a的传感群组A中的第一FBG与光纤3b的传感群组A中的第一FBG之间的移位l。由于指代为N的波长已偏移及光纤3b上的指代为M或者N的波长已偏移，因此当最接近30处发生变形时，从光纤3a的左边起第十四个传感群组将由光学系统10察觉出。实施例基本上增加对于沿着光纤的方向的变形的记录的分辨率。因为在此设置下特定波长的光由于强反射而被耗尽不会引起问题，因此实施例也允许使用具有较高反射率的FBG。 

在本实用新型的一个实施例中，在图3的光纤3a中的每一传感群组包括一个FBG；而在另一实施例中，多个FBG放置在每一传感群组中。 

为了进一步限定如在图3中展示的实施例，FBG的周期性可以按照长度的次序来布置。举例来说，反射1518nm波长的具有最短周期性结构的光栅可定位在光纤3a的传感群组A处,而反射1583nm波长的最长周期性结构的光栅可放置在光纤3a的传感群组T处。为了提供另一实例，可布置光栅的周期性结构以从序列A到T连续增加。 

图4展示从图3中展示的光纤3a产生的FBG反射光谱的功率对波长的图。指代为A到T的二十个峰值中的每一者对应于用此字符标明的每一传感群组。在图4中展示的峰值代表由传感群组A到T中的FBG反射的布拉格波长，举例来说，峰值A处于1518nm波长而峰值T处于1583nm波长。一旦发生变形，那么高峰噪比及窄带宽促使对波长偏移的测量。 

根据另一实施例，传感群组在光纤5a及5b上的布置在图5中说明。在光纤5a中的传感阵列4包括5个序列，其由5个字符A、B、C、D及E指代。如之前所描述的，每一字符对应于具有反射预定波长的同一周期性的低反射的FBG3。由于传感阵列的重复，所述低反射的FBG在此实施例中是优选的。再说具体点，如果应该由传感群组A中的FBG反射的具有预定波长的光从光纤5a的左端注入，那么与传感群组A中的FBG的多重交会将耗尽具有预定波长的所述光。就是说，如果在此实施例中使用高反射的FBG，那么将不会留下具有预定波长的所述光以交会传感群组A中接近光纤5a右端的FBG。 

在图5说明的实施例中，在光纤5a中允许反射五个不同的波长。以类似的方式，在光纤5b中的传感阵列4包括4个传感群组A、B、C及D。传感群组的FBG的数目N1在光纤5a及5b中相等，而在传感阵列4中的传感群组的数目N2(在光纤5a中)及N2'(在光纤5b中)彼此互质。在图5中，光纤5a的N2等于五，及光纤5b的N2'等于四。 应注意的是，沿着与光纤5a及5b整合的土工合成织物的长度，该两条光纤均具有二十个传感群组。如果最接近50处发生变形，由于在光纤5a上指代为D的波长已偏移，及在光纤5b上指代为B的波长已偏移，那么从左边起第十四个序列将由光学系统10(见图1)察觉出。两个偏移波长的结合对应于土工合成织物上的特定位置。 

倘若多条光纤在土工合成织物内或土工合成织物上整合，那么应用下文的实施例。如果两个FBG3之间的间距为1米，及数目N1等于10，那么光栅的传感群组因此延伸了10米。在第一光纤包括每传感阵列4七个传感群组及可因此反射七个不同波长及第二光纤包括每传感阵列4十个传感群组的情况下，在所述第一及所述第二光纤中的传感群组的数目(七和十)彼此互质。所述第一光纤的传感阵列4因此延伸了70米，而所述第二光纤的传感阵列4延伸了100米的长度。假定所述第一光纤及第二光纤在长度上相同，十个传感阵列4及七个传感阵列4将分别在所述第一光纤及第二光纤上呈现。所述两条光纤一起能够精确定位总长度超过700米的土木工程结构。另外，如果存在第三光纤，其中彼此相距一米的FBG3及10个连续的FBG在一个传感群组中呈现，假定每一传感阵列4包括三个传感群组，在所述第三光纤中的传感群组的数目(三)与在所述第一光纤及所述第二光纤中的传感群组的数目互质。所述三条光纤一起可以精确定位长度2100米的结构中的变形。通常，变形的尺寸大约10米，其相当于一列10个FBG3的长度。此精确水平极佳地胜任土木工程结构的监测。 

根据另一实施例，传感群组在光纤6a及6b上的分布在图6中说明，在光纤6a中的传感群组的N1个FBG等于在光纤6b的一个传感阵列4中的FBG的数目。在图6中，光纤6a仅包括具有由A、B、C、D及E指代的五个传感群组的一个传感阵列4；而光纤6b包括五个传感阵列4。如果最接近60处发生变形，由于指代为A的波长在光纤6b中已偏移，及在光纤6a上指代为D的波长也已偏移，那么从光纤6b左边起的第十六个序列将由光学系统10察觉出。两个偏移的波长的结合对应于土工合成织物上的特定位置。再一次，在本实施例中在光纤6b上传感群组的每一位置可通过两条信息精确识别，1)对应于在光纤6b上的此传感群组的波长，及2)在光纤6a上邻近传感群组的波长。举例来说，第一光纤包括10个传感群组构成的传感阵列，且每一传感群组包括100个相距一米的相同的低反射FBG3。第二光纤包括每一组具有10个传感群组的10个传感阵列，及每一系列包括10个相距一米的相同的低反射FBG3。这两条光纤一起能够提供长度为1千米的结构中的变形的准确位置。 

在本实用新型中描述的光纤优选包含用于防护免受剪力破坏、碱性环境的影响(例如水与碳酸钙溶解)或其它腐蚀剂的外皮。图7展示光纤的横截面图，其中二氧化硅芯部 21是由防护外皮22围绕。二氧化硅芯部21的外部部分(远离芯部中心)具有较低折射率，以致光不进入此外部部分，而是仅在二氧化硅芯部21的内部部分中传播。外皮22优选为多层殼体的结构，其至少包括主要涂层、二氧化硅层及热塑性弹性体缓冲层。在一个实施例中，二氧化硅芯部21d的直径大约为125μm，芯部及多层壳体结构22d的直径大约为900μm。芯部及多层壳体结构的尺寸可就在土工合成织物内的实施而调整。可执行所述调整以增加传感的负荷灵敏度，举例来说，当仅期待小的负荷及需要监视非常小的变形时。在本实用新型的一个实施例中，当芯部直径21d从125μm降低到80μm时，负荷灵敏度增加2.3倍。 

在本文一些实施例中描述的FBG是布拉格光栅。然而，本实用新型的范围不限制折射率周期性变化结构是二维的。包括三维折射率周期性变化的其它结构，例如，微结构光纤或光子晶体光纤也涵盖在本实用新型的范围内。 

本实用新型也揭示一种智能土工装置，其包括前述的智能土工合成织物，及提供光到光纤及分析由FBG反射的信号的光学系统。图8是光学系统10的配置的示意图。光源10a安置成与光纤连接。在一个实施例中，光源10a可为消偏振超发光二极管(SLED)。消偏振光源比偏振光源优选以便使由作用在布拉格光栅上的横向力引起的对测量稳定性的影响最小化。光学系统10的光谱分析仪(OSA)10b经配置以同时接收及分析从光纤反射的光。举例来说，在本实施例中的OSA经配置以测量由布拉格光栅反射的光的峰值波长。在一个特定实施例中，峰值波长的确定是通过重心(COG)法来判定。COG可应用在所有光谱测量上，包括具有类似折射率周期性变化结构的多个FBG形成的严重峰值波长偏移及重叠的光谱。这是个强大的工具，其可以用例如Labview、C++、C#等编程语言实施，或用例如Matlab,Mathcad及Origin等分析后处理程序来实施，以确定波长的中心峰值，以将整体波长偏移考虑进去。 

图9中的光谱的COG波长，或中心波长根据下面等式计算出， 

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{COG}}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i{I}_i/\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{I}_i$

其中λ_COG是峰值的中心波长，λ_i及I_i分别是波长“i”及在此波长处的光功率。通常就最大峰值功率选择阈值，及画出在两个点与光谱相交的水平割线。计数“i”在割线的第一相交点处开始，且停止在第二点。中心波长因此是高于所述阈值的曲线的重心。人工定义所述阈值且通常是最大峰值功率的比率(举例来说10%到15%)。所述阈值最佳 取为仅高于噪声水平以致可考虑整个光谱的变形及峰值分裂。对于单条光纤中收集到的所有光谱，所述阈值水平应为固定的以避免相对计算误差。在图9中展示的中心波长计算的结果的实例展示对于嵌入在有纺织物结构中的FBG的严重失真光谱为1540.618nm的λ_COG。 

返回参考图8，光学系统10也包括能够定位光纤遭受的变形7及能够测量如在图2中所示发生变形的光纤2a及2b的延长量的处理器10c。举例来说，采取最初的测量值以定义智能土工装置的的参考状态。每一光栅的位置通过在不发生变形的情况下识别光栅的波长而进行记录。倘若在初始化之后发生变形，由于此光栅的周期性改变，由变形的布拉格光栅反射的光的波长偏移，处理器10c经配置以定量确定变形之前及变形之后波长的改变，及发生变形的位置。波长的改变与光纤的变形部分的延长量有关。取决于使用的光纤，在3%到4%之间的变形范围可由本文描述的智能土工装置测量，前提条件是具有防护多层壳体的光纤的破裂是在接近8%或更多的变形水平处。 

图8也展示存储器10d、经配置以展示发生变形的位置及变形光纤的延长的显示器10e，及经配置以当达到预定变形值时发出信号的报警器10f。 

尽管本实用新型及其优势已详细描述，但应理解的是，可在此做出各种改变、替代及更改而未脱离由附加的权利要求书所定义的本实用新型的精神及范围。举例来说，为了达到应用要求，以上论述的许多工艺可用不同方法实施且可由其它工艺或其组合代替。 

而且，本申请案的范围不限制为在说明书中描述的工艺、机器、制造、物质组成、构件、方法及步骤的特定实施例。如在所属领域的一般技术人员将易于从本实用新型的揭示中理解，可根据本实用新型利用各种工艺、机器、制造、物质组成、构件、方法或步骤，不管是目前存在的还是后来发展的，以执行实质上与本文描述的相应实施例相同的功能或达到实质上与本文描述的相应实施例相同的效果。因此，所附权利要求书意欲将此些工艺、机器、制造、物质组成、构件、方法或步骤包含在它们的范围中。 

Claims (21)

1.一种智能土工装置，其包括： 

至少一条光纤，且每一条光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光； 

其中所述至少一条光纤包括允许反射一个预定波长或多个预定波长的至少一个光纤布拉格光栅FBG。 

2.一种智能土工装置，其包括： 

以平行方式布置的至少两条光纤，且每一条光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光； 

其中所述光纤中的一者包括允许反射预定波长的光纤布拉格光栅FBG，且 

其它光纤中的至少一者包括允许反射彼此不同的至少两个波长的至少两个不同的FBG。 

3.根据权利要求2所述的智能土工装置，其中 

所述光纤中的一者包括至少一个传感阵列，且每一传感阵列包括具有在每一传感群组之间有不同的周期性的FBG的N2个传感群组，且每一传感群组包括具有同一周期性的N1个连续及等距的FBG；且 

所述其它光纤中的至少一者包括至少一个传感阵列，且每一传感阵列包括具有在每一传感群组之间具有不同的周期性的FBG的N2'个传感群组，且每一传感群组包含具有同一周期性的N1个连续及等距的FBG； 

其中N1是大于零的整数，N2是等于或大于一的整数，及N2'是等于或大于二的整数。 

4.根据权利要求3所述的智能土工装置，其中所述数目N2与所述数目N2'互质。 

5.根据权利要求3所述的智能土工装置，其中在所述光纤中的一者中的数目N1等于在所述其它光纤中的至少一者的一个传感阵列中的FBG的数目。 

6.根据权利要求3所述的智能土工装置，其中所述光纤中的至少两者包括同一布置的传感群组，及在所述光纤之间的所述传感群组的对准偏移预定距离。 

7.根据权利要求6所述的智能土工装置，其中位于所述光纤的一端的所述FBG包括最短周期性结构及位于所述光纤的另一端的所述FBG包括最长周期性结构。 

8.根据权利要求1所述的智能土工装置，其中所述光纤以芯部及多层壳体结构为特征，所述芯部的内部部分对于所述预定波长是透明的；且所述多层壳体能够保护所述芯部免受剪切破坏、土壤中的侵蚀剂及腐蚀。 

9.根据权利要求8所述的智能土工装置，其中所述光纤芯部的直径大于20μm，且所述光纤的直径是在从150μm到950μm的范围内。 

10.根据权利要求9所述的智能土工装置，其中芯部直径小于125μm的所述光纤可用于增加负荷灵敏度。 

11.一种智能土工装置，其包括： 

至少一条光纤，及每一光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光；其中所述至少一条光纤包含允许反射一个预定波长或多个预定波长的至少一个光纤布拉格光栅FBG；及 

光学系统，其包括： 

光源，其经配置以传输具有预定波长的所述光进入所述光纤； 

光谱分析仪，其能够同时接收及分析从所述光纤反射的光；及 

处理器，其能够定位所述光纤遭受变形的位置及能够测量所述光纤发生变形处的延长量。 

12.一种智能土工装置，其包括： 

以平行方式布置的至少两条光纤，且每一条光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光；其中所述光纤中的一者包括允许反射预定波长的光纤布拉格光栅FBG，及其它光纤中的至少一者包括允许反射彼此不同的至少两个波长的至少两个不同的FBG；及 

光学系统，其包括： 

光源，其经配置以传输具有预定波长的所述光进入所述光纤； 

光谱分析仪，其能够同时接收及分析从所述光纤反射的光；及 

处理器，其能够定位所述光纤遭受变形的位置及能够测量所述光纤发生变形处的延长量。 

13.根据权利要求12所述的智能土工装置，其中 

所述光纤中的一者包括至少一个传感阵列，且每一传感阵列包括具有在每一传感群组之间有不同的周期性的光纤布拉格光栅FBG的N2个传感群组，且每一传感群组包括具有同一周期性的N1个连续及等距的FBG；且 

所述其它光纤中的至少一者包括至少一个传感阵列，及每一传感阵列包括具有在每一传感群组之间具有不同的周期性的FBG的N2'个传感群组，且每一传感群组包含具有同一周期性的N1个连续及等距的FBG； 

其中N1是大于零的整数，N2是等于或大于一的整数，及N2'是等于或大于二的整数。 

14.根据权利要求13所述的智能土工装置，其中所述数目N2与所述数目N2'互质。 

15.根据权利要求13所述的智能土工装置，其中在所述光纤中的一者中的数目N1等于在所述其它光纤中的至少一者的一个传感阵列中的FBG的数目。 

16.根据权利要求13所述的智能土工装置，其中所述光纤的至少两者包括同一布置的传感群组，及在所述光纤之间的所述传感群组的对准偏移预定距离。 

17.根据权利要求16所述的智能土工装置，其中位于所述光纤的一端的所述FBG包括最短周期性结构及位于所述光纤的另一端的所述FBG包括最长周期性结构。 

18.根据权利要求12所述的智能土工装置，其中所述光纤以芯部及多层壳体结构为特征，所述芯部的内部部分对于所述预定波长是透明的；及所述多层壳体能够保护所述芯部免受剪力破坏、土壤中的侵蚀剂及腐蚀。 

19.根据权利要求18所述的智能土工装置，其中所述光纤的芯部直径大于20μm，且所述光纤的直径是在从150μm到950μm的范围内。 

20.根据权利要求19所述的智能土工装置，其中芯部直径小于125μm的所述光纤可用于增加负荷灵敏度。 

21.根据权利要求21所述的智能土工装置，其中所述光学系统进一步包括： 

数据存储构件； 

显示器，其经配置以显示发生变形的位置及所述光纤变形处的延长量；及 

报警器，其经配置以当达到预定变形值时发出报警信号。 

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