CN204989566U - 一种用于长距离隧道/管道渗漏监测的传感光缆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于长距离隧道/管道渗漏监测的传感光缆，通过合理的结构设计使得渗漏转化为光纤的光损，再利用光时域反射(OTDR)技术监测光纤沿线的光损分布，从而实现长距离结构的随机渗漏监测。本实用新型的传感光缆包括渗漏-变形转换材料、约束材料和传感光纤，并在光缆中布置两类传感光纤，减少除渗漏因素外其他因素导致的光损，提升监测可信度。本实用新型传感结构简单，OTDR技术成熟，成本低，监测距离大，实现了长距离隧道/管道渗漏的低成本、高精度在线监测，市场竞争力强，对保障国家基础设施安全和保护国家资源产生有益效果。
Description
技术领域
本实用新型属于工程监测、传感技术领域，具体涉及一种可用于长距离隧道/管道渗漏监测的光缆。
背景技术
因施工时对环境影响小的特点，盾构隧道成为地铁、过江/过海等交通隧道的主要形式。但是，盾构隧道衬砌由预制的钢筋混凝土管片通过高强螺栓拼接而成，管片之间存在着接缝。一般隧道埋置在地下水位以下,易产生水渗漏。渗漏本身不可怕，主要易导致连接螺栓锈蚀，使结构性能退化。对于输水、输油的管道，也易在运输线路上产生渗漏，导致水、油的浪费，还会产生环境污染。因此，对上述隧道、管道结构进行全线渗漏监测显得非常重要。但是，由于这两类结构一般布设距离较长，通常可达到几十公里或上千公里，目前既有的技术还无法有效对全线实施渗漏监测。
在光纤传感领域，OTDR（OpticalTimeDomainReflectometer）被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。OTDR测量的基本原理是分析光纤中后向散射光或前向散射光的方法测量因散射、吸收等原因产生的光纤传输损耗和各种结构缺陷引起的结构性损耗。当光纤某一点受温度或应力作用时，该点的散射特性将发生变化，因此可通过显示损耗与光纤长度的对应关系来检测外界信号分布于传感光纤上的扰动信息。目前，OTDR可测量的最大距离达到400km，适用于长距离结构的监测。同时，OTDR设备的价格在市场上亦具有竞争力，绝大部分产品低于10万元。
基于OTDR技术，本实用新型将结构的渗漏转换成对光纤传光损耗的检测，可以实现低成本、高效率的长距离隧道/管道渗漏监测，同时可温度自补偿。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种用于长距离隧道/管道渗漏监测的传感光缆。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：
一种用于长距离隧道/管道渗漏监测的传感光缆，该传感光缆包括渗漏监测光缆，所述渗漏监测光缆内设有渗漏传感光纤和补偿传感光纤，所述渗漏传感光纤直接设置在渗漏-变形转换材料中，并且所述渗漏传感光纤与渗漏-变形转换材料之间设有初始间隙，用以减少初始光损，所述补偿传感光纤设置在一硬质管内，所述硬质管被包裹于渗漏-变形转换材料中，在内置所述渗漏传感光纤和补偿传感光纤的渗漏-变形转换材料的外侧顶面和两侧面上包裹有约束材料。
进一步的，所述硬质管内径大于补偿传感光纤外径，用以在硬质管与补偿传感光纤之间形成间隙减少初始光损。
进一步的，所述渗漏传感光纤通过感应渗漏产生的变形和受力产生的变形产生光损，所述补偿传感光纤仅通过感应除渗漏以外因素产生的变形产生光损，所述渗漏传感光纤与补偿传感光纤产生的光损构成对比感应，用以判断是否发生渗漏。
进一步的，所述渗漏传感光纤通过渗漏-变形转换材料吸收渗漏介质，体积变大，挤压渗漏传感光纤，从而使渗漏传感光纤产生光损。
进一步的，所述渗漏-变形转换材料吸收渗漏介质后的体积变化率不小于2倍。
进一步的，所述渗漏传感光纤采用光时域反射来监测光损的分布及识别渗漏。
优选的，所述渗漏-变形转换材料的刚度小于硬质管和约束材料，并且所述渗漏-变形转换材料比硬质管和约束材料的弹性模量相差20倍及以上，用以保证渗漏引起的变形有效传递至渗漏传感光纤，而不传递至补偿传感光纤。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型中采用渗漏传感光纤变形产生光损分布来检测渗漏，并通过补偿传感光纤来进行对比感应，解决了长距离隧道/管道难以准确、及时、全面监测随机渗漏的困境，具有较强的适用性及市场竞争力；
2、本实用新型中通过合理的结构设计，将渗漏转化为材料的变形，开拓了渗漏监测的种类,为保障工程结构有效、安全运营提供技术支持;
3、本实用新型结构简单，实现了长距离隧道/管道渗漏的低成本在线监测，市场竞争力强，为保障国家基础设施安全和财产安全产生有益效果。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型的传感光缆结构示意图；
图2为本实用新型的传感光缆在管道中布设的结构示意图；
图3为本实用新型的传感光缆在隧道中布设的结构示意图。
图中标号说明：1、渗漏传感光纤，2、补偿传感光纤，3、硬质管，4、渗漏-变形转换材料，5、约束材料，6、渗漏监测光缆，7、管道，8、隧道。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详述本实用新型的结构特点及技术实施过程：
一种用于长距离隧道/管道渗漏监测的传感光缆，如图1所示，将渗漏传感光纤1直接布置在渗漏-变形转换材料4中，且两者之间存在一定的初始间隙，减少光缆的初始光损；而补偿传感光纤2则先布置在硬质管3中，再与渗漏-变形转换材料4包裹在一起，其中硬质管3的内径大于其他补偿传感光纤2的外径，减少光缆的初始光损；然后，在渗漏-变形转换材料4的外部包裹约束材料5，其中，约束材料5的刚度远大于渗漏-变形转换材料4的刚度，且保证渗漏-变形转换材料4与监测结构的有充分的接触面积，这样，渗漏介质可被渗漏-变形转换材料4充分吸收，材料体积变大，在本实施例中，渗漏-变形转换材料4可选用吸水/油膨胀树脂和橡胶，约束材料5应具有较好的耐环境腐蚀和足够的刚度、强度，可选用不锈钢、纤维复合材料或高分子材料；由于约束材料5和监测结构的刚度大，变形只能向内发展，从而挤压渗漏传感光纤1，使其在渗漏处光损显著增大，通过OTDR技术可直接检测出渗漏位置；变形后的渗漏-变形转换材料4也会挤压硬质管3，但由于硬质管3具有足够的刚度，阻止挤压变形传递到内部的补偿传感光纤2上，从而使得补偿传感光纤2对渗漏不敏感；在实践中，还会存在结构局部变形，如盾构管片间的大错台变形、输水管道的弯折等，这些变形大到一定程度会影响传感光纤的光传输性能，导致两类光纤（渗漏传感光纤1和补偿传感光纤2）同时产生局部光损，利用本实用新型结构，通过比较两类光纤在相同位置的光损，可提高渗漏监测的可信度。
如图2所示，为本实用新型的渗漏监测光缆6在管道7中的应用示例，可将渗漏监测光缆6安装在管道7的外部。
如图3所示，为本实用新型的渗漏监测光缆6在隧道8中的应用示例，可将渗漏监测光缆6安装在隧道8的内部，在安装时，除渗漏-变形转换材料4的监测结构的直接接触面，渗漏监测光缆6的其他位置需要做防渗措施，以保监测目标以外的介质不影响监测结果的评定。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于长距离隧道/管道渗漏监测的传感光缆，其特征在于，该传感光缆包括渗漏监测光缆（6），所述渗漏监测光缆（6）内设有渗漏传感光纤（1）和补偿传感光纤（2），所述渗漏传感光纤（1）直接设置在渗漏-变形转换材料（4）中，并且所述渗漏传感光纤（1）与渗漏-变形转换材料（4）之间设有初始间隙，用以减少初始光损，所述补偿传感光纤（2）设置在一硬质管（3）内，所述硬质管（3）被包裹于渗漏-变形转换材料（4）中，在内置所述渗漏传感光纤（1）和补偿传感光纤（2）的渗漏-变形转换材料（4）的外侧顶面和两侧面上包裹有约束材料（5）。
2.根据权利要求1所述的用于长距离隧道/管道渗漏监测的传感光缆，其特征在于，所述硬质管（3）内径大于补偿传感光纤（2）外径，用以在硬质管（3）与补偿传感光纤（2）之间形成间隙减少初始光损。
3.根据权利要求1所述的用于长距离隧道/管道渗漏监测的传感光缆，其特征在于，所述渗漏传感光纤（1）同时感应渗漏及渗漏以外因素所形成的光损，所述补偿传感光纤（2）仅通过感应除渗漏以外因素产生的光损，所述渗漏传感光纤（1）与补偿传感光纤（2）感应的光损构成对比感应，用以判断是否发生渗漏。
4.根据权利要求3所述的用于长距离隧道/管道渗漏监测的传感光缆，其特征在于，所述渗漏传感光纤（1）通过渗漏-变形转换材料（4）吸收渗漏介质，体积变大，挤压渗漏传感光纤（1），从而使渗漏传感光纤（1）产生光损。
5.根据权利要求4所述的用于长距离隧道/管道渗漏监测的传感光缆，其特征在于，所述渗漏-变形转换材料（4）吸收渗漏介质后的体积变化率不小于2倍。
6.根据权利要求3或4所述的用于长距离隧道/管道渗漏监测的传感光缆，其特征在于，所述渗漏传感光纤（1）和补偿传感光纤（2）均采用光时域反射来监测光损沿光纤的分布。
7.根据权利要求1或3所述的用于长距离隧道/管道渗漏监测的传感光缆，其特征在于，所述渗漏-变形转换材料（4）的刚度小于硬质管（3）和约束材料（5），并且所述渗漏-变形转换材料（4）比硬质管（3）和约束材料（5）的弹性模量相差20倍及以上，用以保证渗漏引起的变形有效传递至渗漏传感光纤（1），而不传递至补偿传感光纤（2）。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105606315A (zh) * | 2016-03-14 | 2016-05-25 | 四川大学 | 一种砼面板坝渗漏监测的分布式光纤传感技术方案与系统 |
| CN109186896A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-11 | 河海大学 | 一种用于检测隧道渗漏的长距离分布式监测系统 |
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