CN208254420U - 采用分布式光纤测量土体变形的设备 - Google Patents

Abstract

采用分布式光纤测量土体变形的设备，设置在光纤沟内，若干光纤固定锚固板在光纤沟底排成直线；第一光纤固定锚固板为基准点；光纤固定锚固板上设有传感光纤孔和温度光纤孔；分别放进受力传感光纤和温度光纤；用预拉光纤压紧装置把传感光纤压紧，光纤预拉螺杆螺母把传感光纤拉紧；把光纤固定器拧进光纤固定锚固板的传感光纤孔，用光纤锁紧装置锁紧传感光纤，用混凝土把光纤固定锚固板浇筑起来使光纤固定锚固板随土体一起移动，把传感光纤中受力光纤接入光纤解调仪对传感光纤的受力进行实时测量，同时测量温度光纤的温度变化，根据温度光纤的温度变化对受力传感光纤进行温度补偿修正，得出土体内部变形，而不用借助光纤紧密粘贴在刚性材料上。

Description

采用分布式光纤测量土体变形的设备

技术领域

本实用新型属于土木，水利，电力，交通等工程监测技术领域；具体涉及一种采用分布式光纤测量土体变形的设备。

背景技术

土体位移的深层变化测量一般是安装测斜管来测量深层土体的水平位移变化，安装沉降管来测量土体的分层沉降变化情况，这种测量只能是一个点，一个点的测量，无法达到分布式的测量。

目前，在安全监测领域所使用的新型传感器主要为分布式光纤传感器。分布式光纤传感器主要有压力、位移等传感器；分布式光纤传感器属于无源器件，无需电源，抗电磁干扰，体积小，可埋入结构内部以及易于形成多点测量系统等优点；与传统传感器相比具有灵敏度高、体积小、结构简单、耐腐蚀、电绝缘性好、便于实现遥测等优点。

自从光纤传感技术用到监测技术领域以来，测量方法一直是把光纤紧密粘贴在刚性材料表面随被监测的物体受力，来监测刚性结构的健康情况。而随着分布式光纤测量技术的发展、成熟，可以将光纤直接铺设在被测得土体中，来测量土体的沉降、水平位移，温度情况的变化。

发明内容

本实用新型所需要解决的技术问题在于，克服现有的技术缺陷，提供一种采用分布式光纤测量土体变形的设备，这种采用分布式光纤测量土体变形设备的结构可以测量传感光纤中应变光纤应变分布从而得出土体内部位移的变化。

为达成上述目的，本实用新型提出一种采用分布式光纤测量土体变形的设备，该设备设置在光纤沟内，其特征在于，若干个光纤固定锚固板在光纤沟底部排列成直线；其中处于光纤沟一端的第一个光纤固定锚固板，底部浇筑混凝土后作为基准点；在光纤固定锚固板上设有两个开口槽，该两个开口槽分别作为传感光纤孔和温度光纤安装槽；把受力传感光纤和不受力的温度光纤分别从安装槽放进传感光纤孔和温度光纤孔，在光纤固定锚固板的光纤预拉螺杆紧固孔安装光纤预拉螺杆，用预拉光纤压紧装置把传感光纤压紧，拧动光纤预拉螺杆上的光纤预拉螺杆螺母把传感光纤拉紧，传感光纤预拉紧以后把光纤固定器拧进光纤固定锚固板的传感光纤孔，用光纤锁紧装置锁紧传感光纤，安装完成后用混凝土把光纤固定锚固板浇筑起来，使光纤固定锚固板随土体一起移动；所述传感光纤中受力光纤接入光纤解调仪，通过光纤解调仪对传感光纤的受力进行实时测量。

对传感光纤的受力进行实时测量的同时，测量温度光纤的温度变化；根据温度光纤的温度变化对受力光纤进行温度补偿修正，得出土体内部位移变化。

换言之，本实用新型是一种采用分布式光纤测量土体内部变形监测位移的结构和测量方法装置：

⑴.在要测量的土体内部挖一条布设分布式光纤的光纤沟，光纤沟的沟底按要求整平并填一层细料；

⑵.在光纤沟一端固定一块光纤固定锚固板，当土体发生位移变形时，带动光纤固定锚固板从而带动分布式光纤变形；

⑶.每个光纤固定锚固板上都开好一条槽，使分布式光纤很容易放进光纤固定锚固板，光纤固定锚固板中间分别开两个比光纤直径大2mm的圆孔，一个为传感光纤孔，一个为温度光纤孔；

⑷.在光纤固定锚固板的传感光纤孔上有外螺纹，光纤固定器可以拧紧到光纤固定锚固板上，使分布式光纤和光纤固定锚固板紧密结合，测量分布式传感光纤受力变化情况，另外一孔为光滑的温度光纤孔，测量分布式光纤温度；

⑸.在安装好分布式光纤的光纤固定锚固板用混凝土浇筑起来，使光纤固定锚固板随土体一起位移；

⑹.以此方法，在光纤沟每隔一段距离安装一块光纤固定锚固板，建议距离不大于30米，两个光纤固定锚固板之间用光纤紧固固定和预拉装置把光纤固定拉紧；

⑺.第一块光纤固定锚固板混凝土浇筑要好，作为测量基准点不随土体发生变形；

⑻.光纤沟所有光纤固定锚固板和传感光纤安装埋设完成后，用细料回填光纤沟，人工碾压密实，光纤沟回填1米高度以上才可以用机械碾压密实；

⑼.各光纤固定锚固板在土体内部发生位移时把绷直的传感光纤带动，从而传感光纤的受力光纤应变发生变化，把传感光纤中受力光纤接入光纤解调仪，通过光纤解调仪对传感光纤的受力进行实时测量；

⑽.对传感光纤的受力进行实时测量的同时，测量温度光纤的温度变化；

⑾.根据温度光纤的温度变化对受力光纤进行温度补偿修正，得出土体内部位移变化。

完成本申请测量方法是在要求测量的土体中挖一条光纤沟，填上一层5cm高的细料，把沟底整平，在测量的光纤沟一端固定一块初始光纤固定锚固板，作为基准点，并把光纤固定锚固板固定好，用混凝土浇筑光纤固定锚固板固底座，使光纤固定锚固板不随土体发生位移，把温度、传感光纤从光纤固定锚固板开好的光纤开口槽进入传感光纤孔和温度光纤孔中，温度光纤孔中的温度光纤不固定，从传感光纤孔中传感光纤用光纤固定器把传感光纤固定到光纤固定锚固板中，把光纤拉直摆平放在光纤沟中，间隔一段距离安装随土体位移的光纤固定锚固板，把光纤固定锚固板固定在土体中，用光纤预拉螺杆把传感光纤拉紧，能后用光纤固定器把传感光纤固定到光纤固定锚固板中，用此方法一直安装埋设完整条光纤沟，每两个光纤固定锚固板的间距建议不要超过30m。光纤沟所有光纤固定锚固板和传感光纤安装埋设完成后，用细料回填光纤沟，人工碾压密实，光纤沟回填1米高度以上才可以用机械碾压密实。

用光纤解调仪对传感光纤的应变和不受力温度光纤的温度分别进行实时测量，再对采集的数据进行处理分析，就可以得出土体变形。

所用的光纤为不带铠装的普通单芯光纤，一般直径为5mm。所用的光纤固定器为一圆形的开口卡环，里面带有O型圈和光纤锁紧装置，拧紧光纤锁紧装置就可以卡死光纤，使光纤固定在光纤固定锚固板的传感光纤孔中，使传感光纤随光纤固定锚固板在土体中位移，用光纤解调仪测量传感光纤的应变，这样就可以计算出土体的变形。

所用的光纤预拉螺杆是一根一端可以自由固定在光纤固定锚固板上的螺杆，光纤预拉螺杆一端有一块光纤紧压装置和传感光纤连接起来，传感光纤在光纤沟安装完成后，光纤预拉螺杆安装到光纤固定锚固板上，用光纤紧压装置把传感光纤固定好，拧动光纤预拉螺杆上的光纤预拉螺杆螺母，按要求把传感光纤绷直拉紧。等光纤固定装置器安装好传感光纤后，光纤预拉螺杆松开，移到下一块光纤固定锚固板中把传感光纤预拉紧。

换言之，本实用新型的方法和设备的工作原理是：

在要测量的土体内部挖一条布设传感光纤和温度光纤的光纤沟，光纤沟按要求整平并填一层细料,在光纤沟一端固定一个一块光纤固定锚固板，作为基准点，并把光纤固定锚固板固定好，用混凝土浇筑光纤固定锚固板底座，使光纤固定锚固板不随土体发生位移，把温度、传感光纤从光纤固定锚固板开好的光纤开口槽进入传感光纤孔和温度光纤孔中，温度光纤孔中的温度光纤不固定，从传感光纤孔中传感光纤用光纤固定器把传感光纤固定到光纤固定锚固板上，把光纤拉直摆平放在电缆沟中，间隔一段距离安装随土体位移的光纤固定锚固板，当土体发生位移变形时，带动光纤固定锚固板从而带动分布式光纤变形，在安装好光纤的光纤固定锚固板用混凝土浇筑起来，使光纤固定锚固板随土体一起位移，在光纤固定锚固板上安装有预拉紧的受力传感光纤和不受力的温度光纤，每一块光纤固定锚固板在土体内部发生位移时把预拉紧的传感光纤带动，从而传感光纤的受力光纤应变发生变化，把传感光纤中受力光纤接入光纤解调仪，通过光纤解调仪对传感光纤的受力进行实时测量，对传感光纤的受力进行实时测量的同时，测量温度光纤的温度变化，根据温度光纤的温度变化对受力传感光纤进行温度补偿修正，得出土体内部变形。

由以上本实用新型的技术方案可知，本实用新型的监测方法和监测系统采用了一种采用分布式光纤测量土体变形监测系统的方式，通过在土体内部直接开挖一条布设光纤的光纤沟，在光纤沟安装光纤固定锚固板，在光纤固定锚固板上固定一根传感光纤和温度光纤，采用光纤解调仪对安装埋设的传感光纤进行测量以实现监控，直接监测土体内部的变形，而不用借助光纤紧密粘贴在刚性材料上来测量刚性材料的应变来计算土体的变形。

本实用新型所提出的采用分布式光纤测量土体变形设备加工简单，方便安装。本实用新型可以运用于黑龙江省应用技术研究与开发计划引导项目“复杂建设条件下松花江干流治理工程堤防工程风险评价与防控技术研究”项目（项目编号GZ16B024）；江苏省重大水利科技攻关项目“太湖湖西地区厚层砂土型河道岸坡稳定与防护关键技术研究与应用”项目（项目编号2017010）。

附图说明

图1是本实用新型采用分布式光纤测量土体变形设备的结构示意图；

图2是本实用新型光纤固定锚固板结构示意图；

图3是本实用新型传感光纤光纤固定器装置结构示意图；

图4是光纤预拉螺杆结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施案例，对本实用新型方法作进一步详细说明。此处所描述的具体实施案例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

采用采用分布式光纤测量土体变形设备，是用于监测土体内部变形情况。总体来说，本实用新型通过在在土体内部挖一光纤沟，在光纤沟道光纤固定锚固板基准点内安装一根串联的传感光纤，从光纤固定锚固板基准点到光纤解调仪一段作为传感光纤、另外一段作为温度光纤，采用光纤解调仪分别测量分布式光纤各点位置的应变和温度的变化，从而测量出土体变形。

实施例1，参照附图，在要测量的土体内部挖一条布设光纤的光纤沟1，光纤沟1按要求整平并填一层细料4,在光纤沟1一端固定一个一块光纤固定锚固板2，底部浇筑混凝土后作为基准点5，当土体发生位移变形时，带动光纤固定锚固板2从而带动传感光纤3变形,把安装好传感光纤3和温度光纤3的光纤固定锚固板2用混凝土埋设起来，能后安装下一块光纤固定锚固板2,在光纤固定锚固板2上的两个开口槽把受力传感光纤3和不受力的温度光纤3分别放进传感光纤孔9和温度光纤孔10，在光纤固定锚固板2的光纤预拉螺杆紧固孔11安装光纤预拉螺杆8，用预拉光纤压紧装置14把传感光纤压紧，拧动光纤预拉螺杆8上的光纤预拉螺杆螺母13把传感光纤3拉紧，传感光纤3预拉紧以后把光纤固定器7拧进光纤固定锚固板2的传感光纤孔9，用光纤锁紧装置12锁紧传感光纤3，安装完成后用混凝土把光纤固定锚固板2浇筑起来，使光纤固定锚固板2随土体一起移动，在重复上面步骤一直安装到要测量土体变形的尾部，用细料4把光纤沟填平，人工压密实，各光纤固定锚固板2在土体内部发生位移时把预拉紧的传感光纤3带动，从而传感光纤3的受力光纤应变发生变化，把传感光纤3中受力光纤接入光纤解调仪6，通过光纤解调仪6对传感光纤3的受力进行实时测量，对传感光纤3的受力进行实时测量的同时，测量温度光纤3的温度变化，根据温度光纤3的温度变化对受力传感光纤3进行温度补偿修正，得出土体内部变形位移变化。

所述的光纤固定器7是为一圆形的开口卡环，里面带有O型圈，拧紧可以卡死传感光纤3，使传感光纤固定在光纤固定锚固板2的传感光纤孔9中，使传感光纤3随光纤固定锚固板2在土体中位移。

所述的光纤预拉螺杆8是一根一端可以拧在光纤固定锚固板2上的光纤预拉螺杆紧固孔11的螺杆，光纤预拉螺杆8一端有一块光纤紧压装置14和传感光纤3连接起来，传感光纤3在光纤沟1安装好后，光纤预拉螺杆8安装到光纤固定锚固板2上，用预拉光纤紧压装置14把传感光纤3固定好，拧动光纤预拉螺杆8上的光纤预拉螺杆螺母13，按要求把传感光纤3绷直拉紧。等传感光纤3固定装置固定好光纤后，光纤预拉螺杆8松开，移到下一块光纤固定锚固板2中把传感光纤3预拉紧。

Claims (6)

1.一种采用分布式光纤测量土体变形的设备，该设备设置在光纤沟内，其特征在于，若干个光纤固定锚固板在光纤沟底部排列成直线；其中处于光纤沟一端的第一个光纤固定锚固板，底部浇筑混凝土后作为基准点；在光纤固定锚固板上设有两个开口槽，该两个开口槽分别作为传感光纤孔和温度光纤安装槽；把受力传感光纤和不受力的温度光纤分别从安装槽放进传感光纤孔和温度光纤孔，在光纤固定锚固板的光纤预拉螺杆紧固孔安装光纤预拉螺杆，用预拉光纤压紧装置把传感光纤压紧，拧动光纤预拉螺杆上的光纤预拉螺杆螺母把传感光纤拉紧，传感光纤预拉紧以后把光纤固定器拧进光纤固定锚固板的传感光纤孔，用光纤锁紧装置锁紧传感光纤，安装完成后用混凝土把光纤固定锚固板浇筑起来，使光纤固定锚固板随土体一起移动；所述传感光纤中受力光纤接入光纤解调仪，通过光纤解调仪对传感光纤的受力进行实时测量。

2.根据权利要求1所述的采用分布式光纤测量土体变形的设备，其特征在于，所述传感光纤孔和温度光纤孔分别比传感光纤与温度光纤的直径大2mm。

3.根据权利要求1所述的采用分布式光纤测量土体变形的设备，其特征在于，所述光纤沟的沟底要按要求整平，并填一层细料。

4.根据权利要求1所述的采用分布式光纤测量土体变形的设备，其特征在于，所述光纤固定锚固板的传感光纤孔上有外螺纹，光纤固定器拧紧到光纤固定锚固板上，使分布式光纤和光纤固定锚固板紧密结合，测量分布式传感光纤受力变化情况，另外一孔为光滑的温度光纤孔，测量分布式光纤温度。

5.根据权利要求1所述的采用分布式光纤测量土体变形的设备，其特征在于，所述光纤固定锚固板之间的距离不大于30米。

6.根据权利要求1-5之一所述的采用分布式光纤测量土体变形的设备，其特征在于，所述光纤沟所有光纤固定锚固板和传感光纤安装埋设完成后，用细料回填光纤沟，人工碾压密实，光纤沟回填1米高度以上再用机械碾压密实。