CN213208933U - 一种整体预制快速组装的分布式光纤土体变形传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种整体预制快速组装的分布式光纤土体变形传感器，包括分布式应变传感光缆、测量管、快速连接组件及光缆保护套管，所述分布式应变传感光缆顺着测量管的长度方向设于测量管内部，所述测量管由多根结构相同的单节管道组成，单节管道之间通过快速连接组件连接，穿过相邻单节管道的分布式应变传感光缆通过光缆保护套管进行包裹保护，光缆保护套管的两端与相邻单节管道端部固定连接。该分布式光纤土体变形传感器以分布式光纤应变传感技术为基础，创新设计了可快速拼接的、内嵌传感光纤的土体变形测量管传感器，显著提升了传感器的布设效率，提高了分布式传感光缆的成活率，优化了传感器的质量可靠性和耐久性。
Description
技术领域
本实用新型涉及边坡土体安全监测技术领域，尤其是一种整体预制快速组装的分布式光纤土体变形传感器。
背景技术
侧向滑动位移是边坡、基坑等岩土体结构稳定的重要安全指标。为了防止滑坡事故发生，很多工程场景需要对土体变形进行测量。目前，常用的有GNSS卫星测量法、全站仪测量法、沉降计测量法等。对于土体内部的变形测量，现有的方法还存在很多不足。例如，GNSS卫星测量法只能监测土体表层位移，并且测量精度有限，对卫星信号接收条件要求较高，传感终端使用成本偏高。全站仪测量法是目前最常用的测量方法，全站仪也只能测量土体表面的位移，观测设备与光学棱镜之间不能有视线遮挡，人工工作量大，测量点位和覆盖距离有限。沉降计可以通过埋入土体内测量土体深部位移，但是沉降计只能进行单点测量，大范围高密度变形感知能力存在较大不足，并且，沉降计在土体中长期埋入的耐久性不佳，容易信号失真，甚至损坏。土体侧向滑动面可能产生在内部的任意深度位置，具有不确定性，需要对土体内部变形情况进行覆盖全纵深的连续变形监测。
实用新型内容
针对上述技术问题，本实用新型提出了一种整体预制快速组装的分布式光纤土体变形传感器，分布式光纤土体变形传感器以分布式光纤应变传感技术为基础，创新设计了可快速拼接的、内嵌传感光纤的土体变形测量管传感器，显著提升了传感器的布设效率，提高了分布式传感光缆的成活率，优化了传感器的质量可靠性和耐久性。
一种整体预制快速组装的分布式光纤土体变形传感器，包括分布式应变传感光缆、测量管、快速连接组件及光缆保护套管，所述分布式应变传感光缆顺着测量管的长度方向设于测量管内部，所述测量管由多根结构相同的单节管道组成，单节管道之间通过快速连接组件连接，穿过相邻单节管道的分布式应变传感光缆通过光缆保护套管进行包裹保护，光缆保护套管的两端与相邻单节管道端部固定连接。
作为上述技术方案的优选，所述分布式应变传感光缆有四根，所述测量管内壁沿圆周方向均匀设有四条用于放置分布式应变传感光缆的安装槽，分布式应变传感光缆设于安装槽后灌注胶粘剂进行固定。
作为上述技术方案的优选，所述快速连接组件为圆管对接结构，包含子连接头、母连接头、连接环及快速锁扣，所述子连接头和母连接头分别安装在单节管道的首尾两端，子连接头和母连接头的端部分别设有用于对接的凸块和凹槽，相邻单节管道的子连接头和母连接头对接后接缝处用连接环密封，再通过设于子连接头和母连接头外壁上的快速锁扣进行锁紧。
作为上述技术方案的优选，所述子连接头和母连接头的内壁设有限位块，单节管道两端设有限位槽，所述子连接头和母连接头通过限位块和限位槽配合与单节管道固定连接。
作为上述技术方案的优选，还包括限位器，所述限位器的两端分别与用于对接的一组子连接头和母连接头的外壁固定连接，限位器的长度小于光缆保护套管长度。
作为上述技术方案的优选，所述分布式应变传感光缆为紧包型应变光缆，光缆直径不大于2mm。
作为上述技术方案的优选，所述测量管采用变形性能好的弹性材料制成，包括塑料、纤维复合材料及金属材料。
作为上述技术方案的优选，所述限位器为高强度低弹性的线缆。
本实用新型的有益效果在于：
1、安装效率高。传感器整体在工厂内预制，大大减少了工程现场的工作量，现场安装只需要接头对接，对接方式采用快速连接组件，带有快速锁扣，可以快速对接锁定，进一步提升安装效率。
2、光缆存活率高。分布式应变传感光缆全部位于测量管内部，不与外部土体接触，不易被施工人员触碰损坏。
3、测点多、深度大。利用分布式光纤的长距离、连续、密集、分布式测量特点，传感器可以测量土体内部各个深度的连续变形信息。
4、质量可靠、耐久性好，传感器采用光纤传感，没有电子元器件，无需供电，具有防水、防潮、抗老化、抗电磁干扰的优点。并且，传感器在工程内完成整体预制，避免了现场制作的人工误差，质量稳定可控。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为测量管的截面示意图。
图3为子连接头或者母连接头的截面示意图。
图4为本实用新型进行土体变形测量的安装结构示意图。
附图标记如下：1-分布式应变传感光缆、2-测量管、3-光缆保护套管、4-安装槽、5-子连接头、6-母连接头、7-连接环、8-快速锁扣、9-凸块、10-凹槽、11-限位块、12-限位槽、13-限位器。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本实施例。
如图1至图3所示的一种整体预制快速组装的分布式光纤土体变形传感器，包括分布式应变传感光缆1、测量管2、快速连接组件及光缆保护套管3，所述分布式应变传感光缆1顺着测量管2的长度方向设于测量管2内部，所述测量管2由多根结构相同的单节管道组成，单节管道之间通过快速连接组件连接，穿过相邻单节管道的分布式应变传感光缆1通过光缆保护套管3进行包裹保护，光缆保护套管3的两端与相邻单节管道端部固定连接。
在本实施例中，所述分布式应变传感光缆1有四根，所述测量管2内壁沿圆周方向均匀设有四条用于放置分布式应变传感光缆1的安装槽4，分布式应变传感光缆1设于安装槽4后灌注胶粘剂进行固定。
在本实施例中，所述快速连接组件为圆管对接结构，包含子连接头5、母连接头6、连接环7及快速锁扣8，所述子连接头5和母连接头6分别安装在单节管道的首尾两端，子连接头5和母连接头6的端部分别设有用于对接的凸块9和凹槽10，相邻单节管道的子连接头5和母连接头6对接后接缝处用连接环7密封，再通过设于子连接头5和母连接头6外壁上的快速锁扣8进行锁紧。
在本实施例中，所述子连接头5和母连接头6的内壁设有限位块11，单节管道两端设有限位槽12，所述子连接头5和母连接头6通过限位块11和限位槽12配合与单节管道固定连接。
在本实施例中，还包括限位器13，所述限位器13的两端分别与用于对接的一组子连接头5和母连接头6的外壁固定连接，限位器13的长度小于光缆保护套管3长度，保护光缆保护套管3内的分布式应变传感光缆1不受拉伸。
在本实施例中，所述分布式应变传感光缆1为紧包型应变光缆，光缆直径不大于2mm。
在本实施例中，所述测量管2采用变形性能好的弹性材料制成，包括塑料、纤维复合材料及金属材料。
在本实施例中，所述限位器13为高强度低弹性的线缆。
本实用新型的工作原理如下，如图4所示。
首先，将该分布式光纤土体变形传感器在市场现场进行安装，其安装步骤为：
第一步，在传感器制造工厂内将分布式应变传感光缆1、测量管2、快速连接组件、光缆保护套管3和限位器13按设计完成所有连接，形成一个整体，仅快速连接组件之间暂时分离，将测量管横向排列，运输到施工现场。
第二步，在现场选定需要监测的土体变形位置，进行钻孔或开挖；
第三步，将单节管道逐节放入土体内，相邻单节管道通过快速连接组件的凸块9和凹槽10实现精准对接，使测量管2内壁凹槽内的光缆对准，通过快速锁扣8将子连接头5和母连接头6锁定，在接缝处采用连接环7加固密封，最终所有测量管在土体内形成一根长连续管道。
第四步，将土体回填压实，使测量管2与土体协调变形。
第五步，将分布式应变传感光缆1接入分布式光纤应变解调系统，进行数据采集。
当土体发生滑动变形时，土体会带动内部的测量管2协调同步变形，将土体变形转化为测量管2的变形。管道变形引起自身管壁应变分布变化，分布式应变传感光缆1与测量管2协调变形，将管道变形转化为光缆应变变化，使用分布式光纤传感技术测量光缆的应变分布，获得测量管2全长的应变分布变化。依据管道弹性变形与应变分布变化之间的力学模型关系，采用应变分布的进行二次积分算法，再结合边界条件约束，可得出管道全长的连续变形，进而完成对土体内部各深度的侧向滑动变形测量。
分布式应变传感光缆1采用基于光纤布里渊或瑞利散射原理的分布式应变解调仪测量，具体包括BOTDA、BOTDR、DPP-BOTDA、BOFDA、BOCDA、OBR、OFDR等仪器。
以上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)
1.一种整体预制快速组装的分布式光纤土体变形传感器，其特征在于：包括分布式应变传感光缆、测量管、快速连接组件及光缆保护套管，所述分布式应变传感光缆顺着测量管的长度方向设于测量管内部，所述测量管由多根结构相同的单节管道组成，单节管道之间通过快速连接组件连接，穿过相邻单节管道的分布式应变传感光缆通过光缆保护套管进行包裹保护，光缆保护套管的两端与相邻单节管道端部固定连接。
2.根据权利要求1所述的分布式光纤土体变形传感器，其特征在于：所述分布式应变传感光缆有四根，所述测量管内壁沿圆周方向均匀设有四条用于放置分布式应变传感光缆的安装槽，分布式应变传感光缆设于安装槽后灌注胶粘剂进行固定。
3.根据权利要求1所述的分布式光纤土体变形传感器，其特征在于：所述快速连接组件为圆管对接结构，包含子连接头、母连接头、连接环及快速锁扣，所述子连接头和母连接头分别安装在单节管道的首尾两端，子连接头和母连接头的端部分别设有用于对接的凸块和凹槽，相邻单节管道的子连接头和母连接头对接后接缝处用连接环密封，再通过设于子连接头和母连接头外壁上的快速锁扣进行锁紧。
4.根据权利要求3所述的分布式光纤土体变形传感器，其特征在于：所述子连接头和母连接头的内壁设有限位块，单节管道两端设有限位槽，所述子连接头和母连接头通过限位块和限位槽配合与单节管道固定连接。
5.根据权利要求3所述的分布式光纤土体变形传感器，其特征在于：还包括限位器，所述限位器的两端分别与用于对接的一组子连接头和母连接头的外壁固定连接，限位器的长度小于光缆保护套管长度。
6.根据权利要求1所述的分布式光纤土体变形传感器，其特征在于：所述分布式应变传感光缆为紧包型应变光缆，光缆直径不大于2mm。
7.根据权利要求5所述的分布式光纤土体变形传感器，其特征在于：所述限位器为高强度低弹性的线缆。
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|---|---|---|---|---|
| CN114111617A (zh) * | 2021-12-13 | 2022-03-01 | 中交第二航务工程局有限公司 | 用于检测管道线形的充气胶囊结构及检测方法 |
| CN115900579A (zh) * | 2023-01-06 | 2023-04-04 | 山东大学 | 一种自校正可拼接式光纤位移场传感系统及其校正方法 |
| US20230213397A1 (en) * | 2022-01-05 | 2023-07-06 | National Central University | Stratum deformation monitoring device, system and method |
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| CN114111617B (zh) * | 2021-12-13 | 2023-10-10 | 中交第二航务工程局有限公司 | 用于检测管道线形的充气胶囊结构及检测方法 |
| US20230213397A1 (en) * | 2022-01-05 | 2023-07-06 | National Central University | Stratum deformation monitoring device, system and method |
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