CN206563552U - 一种分布式滑坡深部位移实时监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及的是分布式光纤传感技术应用领域，具体涉及一种分布式滑坡深部位移实时监测装置。所述分布式滑坡深部位移实时监测装置，由光时域反射仪、光纤连接器、传感光纤、探测棒组成，所述光时域反射仪包括控制系统、显示器、激光器、探测器、光定向耦合器，所述探测棒上刻有螺旋形凹槽，所述传感光纤嵌于所述螺旋形凹槽中，所述传感光纤经光纤连接器与光时域反射仪连接。本实用新型设计科学、制作简单，具有操作方便、安全可靠、信号稳定等优点，可有效加大感应长度扩充传感信息，能测出主滑带好热多级次生滑坡带的同时并加以定位，为构建自动化网络监测提供基础。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是分布式光纤传感技术应用领域，具体涉及一种分布式滑坡深部位移实时监测装置。
背景技术
目前，常用的高边坡和库区滑坡深部变形的传统检测仪器是钻孔倾斜仪，该仪器虽说可以较准确地探测和确定边坡深部的滑移界面，但由于它所测得的信号是电信号，所以易受干扰且时有飘逸现象。同时这种监测方式只能做到单点监测，不能做到永久实时监测，也就是只能监测某一时刻高边坡和滑坡深部的变形状态，无法时时跟踪深部滑坡面的发展趋势，因而难以建立自动化监测体系，导致监测人员无法及时、准确判断滑坡体的变形情况和安全性。
实用新型内容
针对上述情况，为了解决现有滑坡深部变形监测设备所存在的不足，提高滑坡深部变形监测的准确性，为更好地跟踪滑坡面的变形发展趋势，本实用新型提供了一种分布式滑坡深部位移实时监测装置，该装置设计科学、结构合理、制作简单，具有一定的抗环境干扰能力、灵敏度高、更易组建自动化监测网络，应用前景非常广阔。
本实用新型采用的技术方案：
一种分布式滑坡深部位移实时监测装置，其特征在于：包括光时域反射仪(1)、光纤连接器(10)、传感光纤(7)、探测棒(8)，所述光时域反射仪(1)包括控制系统(3)、显示器(2)、激光器(5)、探测器(6)、光定向耦合器(4)，所述探测棒(8)上刻有螺旋形凹槽，所述传感光纤(7)嵌于所述螺旋形凹槽中，所述传感光纤(7) 经所述光纤连接器(10)与所述光时域反射仪(1)连接。
开启光时域反射仪(1)后，控制系统(3)通过激光器(5)输出脉冲光信号并通过光定向耦合器(4)耦合到传感光纤(7)中，利用脉冲光信号在光纤传播过程中将于光纤微弯部位产生光强衰减量的原理，当待测滑坡体产生滑移时，埋于测孔内的探测棒(8)由于受到滑移影响而发生变形，进而带动缠绕于探测棒(8)凹槽内的传感光纤(7)发生变形，传感光纤(7)变形处后向反射光的光强度将产生明显的光强衰减量现象，控制系统(3)通过探测器(6)探测传感光纤(2)中脉冲信号的后向散射光光强衰减量而获得滑坡体的深部信息，并对深部可能的滑移面加以定位，同时通过光强衰减量与位移量之间的关系公式确定位移量，完成对滑坡深部变形的分布式实时监测，为构建滑坡深部变形自动化监测系统奠定基础。监测过程中，将光纤嵌于探测棒的螺旋形凹槽中目的是为了加大感应长度，扩充传感信息。
进一步的，所述控制系统(3)第一信号输出端与所述显示器(2) 信号输入端连接，所述控制系统(3)第二信号输出/输入端分别与所述激光器(5)的信号输入端、所述探测器(6)的信号输出端连接，所述光定向耦合器(4)第一输出/输入端分别与所述激光器(5)的信号输出端、所述探测器(6)的信号输入端连接，所述光定向耦合器(4)第二输出/输入端与所述光纤连接器(10)的一端连接，所述光纤连接器(10)的另一端与所述传感光纤(7)连接。
所述控制系统的电信号通过激光器将电信号转换成光信号并耦合至传感光纤，所述传感光纤将光反馈信号传输至探测器后，探测器将光信号转换成电信号并传输至控制系统，控制系统对接收到的电信号进行放大、分析计算后将信号传输至显示器，最终在显示器上将监测结果以曲线的形式和数字的方式呈现。
进一步的，所述控制系统(3)包括主时钟、脉冲发生器、放大器、信号处理器，所述激光器(5)为E/O转换模块，所述探测器(6) 为O/E转换模块，所述显示器(2)为CRT或LCD显示器，所述探测棒(8)为橡胶棒，棒径范围为25mm-60mm。
控制系统的主时钟控制脉冲发生器按一定的频率发出脉冲电信号，同时控制系统的放大器和信号处理器对反馈回来的电信号进行放大、分析计算处理，E/O转换模块负责将电信号转换成光信号，O/E 转换模块负责将光信号转换成电信号，显示器负责显示监测结果，橡胶棒的棒径根据需测位移量的大小来确定，要求棒径必须大于等于 25mm是为了保证测量量程。
进一步的，所述传感光纤(7)包括松套光纤和紧套光纤，所述松套光纤与所述激光器(5)信号发射电路连接，所述紧套光纤与所述探测器(6)信号反馈电路连接。
松套光纤和紧套光纤构成组合光路，以扩大检测量程，其中松套光纤起到传输光信号的作用，紧套光纤起到反馈光信号的作用。
综上所述，由于采用了上述方案，本实用新型具有以下优点：
(1)本实用新型一种分布式滑坡深部位移实时监测装置，由于将传感光纤嵌于探测棒的螺旋凹槽中，因此与现有的滑坡深部变形监测装置相比，加大了感应长度，扩充了传感信息，同时对边坡变形更为敏感，能测出主滑带好热多级次生滑坡带并加以定位，而且信号更稳定，不易受干扰。
(2)本实用新型一种分布式滑坡深部位移实时监测装置，通过将传感光纤与探测棒一起安装在待测滑坡的测孔中并与光时域反射仪组成监测回路，因此与现有的单点监测相比，可实现分布式的实时永久监测，更好地跟踪滑坡面变形的发展趋势，为构建滑坡深部变形自动化监测系统奠定基础。
(3)本实用新型一种分布式滑坡深部位移实时监测装置，设计科学、结构合理、制作简单、安全可靠、使用方便，所需仪器、传感元件等材料均可通过市场常规渠道购得且成本低廉，同时加工工艺简单，因此整个装置成本较低，经济实用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1一种分布式滑坡深部位移实时监测装置结构图。
图2探测棒安装位置图。
图3一种分布式滑坡深部位移实时监测装置电路原理图。
附图中，1-光时域反射仪、2-显示器、3-控制系统、4-光定向耦合器、5-激光器、6-探测器、7-传感光纤、8-探测棒、9-待测滑坡体、 10-光纤连接器。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1：
一种分布式滑坡深部位移实时监测装置，其特征在于：包括光时域反射仪(1)、光纤连接器(10)、传感光纤(7)、探测棒(8)，所述光时域反射仪(1)包括控制系统(3)、显示器(2)、激光器(5)、探测器(6)、光定向耦合器(4)，所述探测棒(8)上刻有螺旋形凹槽，所述传感光纤(7)嵌于所述螺旋形凹槽中，所述传感光纤(7) 经所述光纤连接器(10)与所述光时域反射仪(1)连接。
进一步的，所述控制系统(3)第一信号输出端与所述显示器(2) 信号输入端连接，所述控制系统(3)第二信号输出/输入端分别与所述激光器(5)的信号输入端、所述探测器(6)的信号输出端连接，所述光定向耦合器(4)第一输出/输入端分别与所述激光器(5)的信号输出端、所述探测器(6)的信号输入端连接，所述光定向耦合器(4)第二输出/输入端与所述光纤连接器(10)的一端连接，所述光纤连接器(10)的另一端与所述传感光纤(7)连接。
进一步的，所述控制系统(3)包括主时钟、脉冲发生器、放大器、信号处理器，所述激光器(5)为E/O转换模块，所述探测器(6) 为O/E转换模块，所述显示器(2)为CRT或LCD显示器，所述探测棒(8)为橡胶棒，棒径范围为25mm-60mm。
进一步的，所述传感光纤(7)包括松套光纤和紧套光纤，所述松套光纤与所述激光器(5)信号发射电路连接，所述紧套光纤与所述探测器(6)信号反馈电路连接。
本实用新型的工作原理如下：结合图1和图2，首先根据需测位移量的大小来选择相应直径的橡胶棒，并在橡胶棒上刻上螺旋形凹槽，将传感光纤缠绕在橡胶棒的凹槽中，并将橡胶棒安装于待测滑坡体的测孔中，传感光纤通过光纤连接器连接至光时域反射仪的耦合器，组建成监测回路。开启光时域反射仪，激光器输出脉冲光信号并耦合到光纤中，利用脉冲光信号在光纤传播过程中于光纤微弯部位产生光强衰减量的原理，当滑坡体产生滑移现象时，橡胶棒由于受到滑移影响发生变形，进而使得缠绕于橡胶棒凹槽中的传感光纤也发生变形，于是变形处的后向反射光的光强度将产生明显衰减，光时域反射仪通过探测器探测光纤中脉冲信号的后向散射光的光强衰减量从而获得滑坡体的深部信息，并对深部可能的滑移面加以定位，同时根据光强衰减量与位移量之间的计算公式来确定位移量，最终完成对滑坡深部变形的分布式实时监测，为构建滑坡深部变形的自动化监测网路提供基础。
光强衰减量与位移量的计算公式：
x(0)(s-8)＝1.005e0.1594(s-9)-δ(s-13)0.7917e-0.3154(s-9)+κ(5-9)1.005e0.1594(s-9)
式中：
其中s为位移量，单位mm，x为光强衰减，单位dB，e为自然对数底数，δ和k为调节系数。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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 (4)
1.一种分布式滑坡深部位移实时监测装置，其特征在于：包括光时域反射仪(1)、光纤连接器(10)、传感光纤(7)、探测棒(8)，所述光时域反射仪(1)包括控制系统(3)、显示器(2)、激光器(5)、探测器(6)、光定向耦合器(4)，所述探测棒(8)上刻有螺旋形凹槽，所述传感光纤(7)嵌于所述螺旋形凹槽中，所述传感光纤(7)经所述光纤连接器(10)与所述光时域反射仪(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种分布式滑坡深部位移实时监测装置，其特征在于：所述控制系统(3)第一信号输出端与所述显示器(2)信号输入端连接，所述控制系统(3)第二信号输出端与所述激光器(5)信号输入端连接，所述控制系统(3)信号输入端与所述探测器(6)信号输出端连接，所述激光器(5)信号输出端与所述光定向耦合器(4)输入端连接，所述光定向耦合器(4)输出端与所述探测器(6)信号输入端连接，所述光定向耦合器(4)与所述光纤连接器(10)连接，所述光纤连接器(10)与所述传感光纤(7)连接。
3.根据权利要求1所述的一种分布式滑坡深部位移实时监测装置，其特征在于：所述激光器(5)为E/O转换模块，所述探测器(6)为O/E转换模块，所述显示器(2)为CRT或LCD显示器，所述探测棒(8)为橡胶棒，棒径范围为25mm-60mm，所述传感光纤(7)包括松套光纤和紧套光纤，所述松套光纤与所述激光器(5)信号发射电路连接，所述紧套光纤与所述探测器(6)信号反馈电路连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种分布式滑坡深部位移实时监测装置，其特征在于：所述控制系统(3)包括主时钟、脉冲发生器、放大器、信号处理器，所述主时钟第一信号输出端与所述脉冲发生器信号输入端连接，所述脉冲发生器信号输出端与E/O转换模块信号输入端连接，所述E/O转换模块信号输出端与光定向耦合器(4)输入端连接，所述光定向耦合器(4)输出端与O/E转换模块信号输入端连接，所述O/E转换模块信号输出端与所述放大器信号输入端连接，所述放大器信号输出端与所述信号处理器第一输入端连接，所述信号处理器第二输入端与所述主时钟第二信号输出端连接，所述信号处理器输出端与显示器信号输入端连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN108180841A (zh) * | 2018-01-08 | 2018-06-19 | 河北工业大学 | 一种基于光纤光栅的滑坡内部位移监测方法 |
| CN112129679A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-12-25 | 河海大学 | 一种水工岩土结构降雨实时入渗状态监测设备及方法 |
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| CN108180841B (zh) * | 2018-01-08 | 2019-10-15 | 河北工业大学 | 一种基于光纤光栅的滑坡内部位移监测方法 |
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