CN213956272U - 一种基于分布式光纤的岩土体变形监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，所述装置包括分布式光纤和光纤信息记录部件，所述分布式光纤包括配重导向头和测量岩土体位移的传感光缆；所述配重导向头的顶端开设有开口朝上的U形槽，所述传感光缆的一端连接到所述光纤信息记录部件的第一接线柱，另一端穿过所述U形槽后连接到光纤信息记录部件的第二接线柱。本实用新型的基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，能够准确监测深部岩土体的变形情况。

Description

一种基于分布式光纤的岩土体变形监测装置

技术领域

本实用新型涉及地质勘探技术领域，具体涉及一种基于分布式光纤的岩土体变形监测装置。

背景技术

越来越多的高速铁路、高速公路、高等级公路等基础设施，需要在建造及大修过程中监测深部岩土体的变形情况，以提高高速铁路、高速公路、高等级公路的质量和使用寿命。

目前，深部岩土体的变形监测方法主要采用钻孔测斜仪的方法进行。测斜仪是一种测定钻孔倾角和方位角的原位监测仪器。

但是该方法存在灵敏度差的缺点。钻孔测斜仪是通过在每1m(或0.5m)范围内测斜管的倾角，通过倾角计算出深部岩土体的水平位移。而测得的倾角准确度不是很高，而且计算也是近视计算，因此得到的岩土体水平位移不是很准确。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例期望提供一种基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，能够准确监测深部岩土体的变形情况。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型实施例提供了一种基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，所述装置包括分布式光纤和光纤信息记录部件，所述分布式光纤包括配重导向头和测量岩土体位移的传感光缆；所述配重导向头的顶端开设有开口朝上的U形槽，所述传感光缆的一端连接到所述光纤信息记录部件的第一接线柱，另一端穿过所述U形槽后连接到光纤信息记录部件的第二接线柱。

上述方案中，所述分布式光纤还包括悬吊住整个分布式光纤的悬吊绳，所述悬吊绳的下端固定于所述配重导向头的顶端。

上述方案中，所述配重导向头的形状为倒置的圆锥体，所述U形槽设置于所述圆锥体的底端。

上述方案中，所述传感光缆为聚合物光纤。

上述方案中，所述装置还包括给光纤信息记录部件提供电能的自发电电源。

上述方案中，所述自发电电源为太阳能电池。

上述方案中，所述装置还包括容纳并保护所述光纤信息记录部件的保护机柜。

上述方案中，所述光纤信息记录部件为光纤光栅解调器。

上述方案中，所述装置还包括云服务器，所述云服务器连接所述光纤光栅解调器。

上述方案中，所述云服务器通过窄带物联网连接所述光纤光栅解调器。

本实用新型实施例的基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，包括分布式光纤和光纤信息记录部件，所述分布式光纤包括配重导向头和测量岩土体位移的传感光缆；所述配重导向头的顶端开设有开口朝上的U形槽，所述传感光缆的一端连接到所述光纤信息记录部件的第一接线柱，另一端穿过所述U形槽后连接到光纤信息记录部件的第二接线柱。可见，本实用新型实施例的基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，通过传感光缆，测量岩土体的位移，获取岩土体的变形情况，能够准确监测深部岩土体的变形情况。

本实用新型实施例的其他有益效果将在具体实施方式中结合具体技术方案进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例基于分布式光纤的岩土体变形监测装置的示意图；

图2为本实用新型实施例基于分布式光纤的岩土体变形监测装置中配重导向头的示意图。

附图标记说明：

10配重导向头；110U形槽；120固定栓；20传感光缆；30光纤信息记录部件；310第一接线柱；320第二接线柱；40探测孔；50悬吊绳；60太阳能电池；70保护机柜；80地面；90水泥墩。

具体实施方式

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型实施例提供了一种基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，所述装置包括分布式光纤和光纤信息记录部件，所述分布式光纤包括配重导向头和测量岩土体位移的传感光缆；所述配重导向头的顶端开设有开口朝上的U形槽，所述传感光缆的一端连接到所述光纤信息记录部件的第一接线柱，另一端穿过所述U形槽后连接到光纤信息记录部件的第二接线柱。

传感光缆，包含有传感光纤，传感光纤是将非光信号的物理量转变成光信号，经光学纤维感知传递，最后再转换成所测的物理量，用以测量温度、压力、位移、速度、电压、电流和熔液的浓度等物理量的光导纤维，也叫光纤传感器。

所述传感光缆的一端连接到所述光纤信息记录部件的第一接线柱，另一端连接到光纤信息记录部件的第二接线柱，这样，传感光缆就构成一个回路，光源从第一接线柱发出光波，光波通过光纤光路，将变形等外界信息叠加到载波光波上，承载信息的调制光波通过第二接线柱传输到信息记录部件，并经过信号处理后检测出待测岩土体深部位移。

本实用新型实施例中的传感光缆，用于测量岩土体的位移，可以获知岩土体的变形情况，包括水平变形和竖直变形(沉降)，克服了钻孔测斜仪只能测量岩土体的水平位移，而不能测量岩土体的竖直位移。

分布式光纤设置配重导向头，可以方便的将传感光缆布设到任一深度的地下。

所述配重导向头的顶端开设有开口朝上的U形槽，便于传感光缆的另一端返回到光纤信息记录部件的第二接线柱时，不会直角折弯而损伤光纤。

本实用新型实施例的基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，通过传感光缆，测量岩土体的位移，获取岩土体的变形情况，能够准确监测深部岩土体的变形情况。

在本实用新型的另一些实施例中，所述分布式光纤还包括悬吊住整个分布式光纤的悬吊绳，所述悬吊绳的下端固定于所述配重导向头的顶端。这样，配重导向头及传感光缆的重量由悬吊绳承受，传感光缆不受力，不容易损坏。

在本实用新型的另一些实施例中，所述配重导向头的形状为倒置的圆锥体，所述U形槽设置于所述圆锥体的底端。倒置的圆锥体，更便于深入地下，是更佳的实施方式。

在本实用新型的另一些实施例中，所述传感光缆为聚合物光纤。聚合物光纤(POF，Plastic Optical Fiber)是一种由聚合物制成的特殊光纤。许多光学聚合物均可用于制造聚合物光纤，包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，polymethyl methacrylate)、无定形氟化聚合物(CYTOP)、聚苯乙烯(PS，Polystyrene)以及聚碳酸脂(PC，Polycarbonate)等。对于有些传感应用，聚合物光纤有着明显优势，包括高弹性应变极限、高断裂韧度、高弯曲柔性以及高应变敏感性。需指出的是就增强热塑性塑料管监控研究而言，其主要优点是高弹性应变极限(10～15％)，与之相比传统小直径硅光纤的弹性应变极限为6％。聚合物光纤传感器独特的力学特性已经使其在严酷的土木环境中得到应用。由于聚合物光纤的诸多优点，使用在这里，是更佳的实施方式。

在本实用新型的另一些实施例中，所述装置还包括给光纤信息记录部件提供电能的自发电电源。这样，无需通过市电供电，适合在任何地方，也便于装置的移动，是更佳的实施方式。

在本实用新型的另一些实施例中，所述自发电电源为太阳能电池。太阳能电池的电能产生无需能耗，更环保，使用也更方便。

在本实用新型的另一些实施例中，所述装置还包括容纳并保护所述光纤信息记录部件的保护机柜。这样，能更好的保护光纤信息记录部件，是更佳的实施方式。

在本实用新型的另一些实施例中，所述光纤信息记录部件为光纤光栅解调器。光纤光栅解调器能更快速的获取到传感光缆的信息，即岩土体的位移信息，并根据位移信息获得岩土体的变形信息，是更佳的实施方式。

在本实用新型的另一些实施例中，所述装置还包括云服务器，所述云服务器连接所述光纤光栅解调器。这样，可以将岩土体的变形信息上传到云服务器，进行更深入的分析和研究，是更佳的实施方式。

在本实用新型的另一些实施例中，所述云服务器通过窄带物联网(NB-IoT，NarrowBand Internet of Things)连接所述光纤光栅解调器。NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN，Low-PowerWide-Area Network)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。NB-IoT已经成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM(Global System for Mobile Communications)网络、UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)网络或LTE(Long TermEvolution)网络，以降低部署成本、实现平滑升级。通过NB-IoT，可以降低功耗，即降低成本，是更佳的实施方式。

为更清楚地了解本实用新型，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。并且，下面描述的实施例，仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术领域的普通技术人员，根据这些实施例，在不付出创造性劳动的前提下获得的所有其它实施例，均属于本实用新型保护的范围。

实施例

本实施例提供了一种基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，如图1所示，所述装置包括分布式光纤和光纤信息记录部件30，所述分布式光纤包括配重导向头10和传感光缆20；所述配重导向头的顶端开设有开口朝上的U形槽110，所述传感光缆20的一端连接到所述光纤信息记录部件30的第一接线柱310，另一端穿过所述U形槽后连接到光纤信息记录部件30的第二接线柱320。

所述传感光缆20，用于测量地下预设深度的岩土体的位移，进而获取变形情况，包括水平变形和竖直变形(沉降)。图中，所述传感光缆20位于一个探测孔40中。

这里，探测孔是为了测量岩土体变形而开挖或钻的深孔，等传感光缆20和配重导向头10布设到设计深度后，会进行回填。回填的土一般用石英砂和黏土按一定比例混合，混合的比较根据原来的土的成分或黏性确定。

另外，在传感光缆20布设完成后，还需要检测传感光缆20是否通路，例如，可以在传感光缆20一端用红光笔照射，另一端用肉眼观察是否有红光射出，不作详述。

所述配重导向头，用于引导所述传感光缆20到达预设深度的地下，由于配重导向头的重量，可以更方便的到达地下深处。

所述光纤信息记录部件30，用于记录传感光缆20测量得到的岩土体的位移，并根据位移获得岩土体的变形情况。

本实施例中，所述分布式光纤还包括悬吊住整个分布式光纤的悬吊绳50，所述悬吊绳50的下端固定于所述配重导向头10的顶端。具体地，所述悬吊绳50为钢丝绳，钢丝绳的强度更好。

本实施例中，所述配重导向头10的形状为倒置的圆锥体，所述U形槽设置于所述圆锥体的底端。倒置的圆锥体，更便于深入地下。

具体地，如图2所示，配重导向头10的顶部中心处固定有钢丝绳固定栓120。所述固定栓120可以是螺栓，配重导向头10设有与所述螺栓配合的螺纹孔。

本实施例中，所述传感光缆20为聚合物光纤。聚合物光纤有着高弹性应变极限、高断裂韧度、高弯曲柔性以及高应变敏感性等优点，在严酷的土木环境中得到应用。

本实施例中，所述装置还包括给光纤信息记录部件30提供电能的自发电电源。具体地，所述自发电电源为太阳能电池60。

本实施例中，所述装置还包括容纳并保护所述光纤信息记录部件30的保护机柜70。具体地，所述保护机柜70固定在地面80，更具体地，所述地面80浇筑有水泥墩90，所述保护机柜70固定于所述水泥墩90。

本实施例中，所述光纤信息记录部件30为光纤光栅解调器。

本实施例中，所述装置还包括云服务器(未在图中示出)，所述云服务器连接所述光纤光栅解调器。

本实施例中，所述云服务器通过NB-IoT连接所述光纤光栅解调器。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本实用新型实施例记载中，除非另有说明和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实用新型实施例中如有涉及的术语“第一\第二\第三”，仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。

应理解，说明书通篇中提到的“一实施例”或“一些实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一实施例中”或“在一些实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

应理解，在本实用新型的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本实用新型实施例的实施过程构成任何限定。上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，其特征在于，所述装置包括分布式光纤和光纤信息记录部件，所述分布式光纤包括配重导向头和测量岩土体位移的传感光缆；所述配重导向头的顶端开设有开口朝上的U形槽，所述传感光缆的一端连接到所述光纤信息记录部件的第一接线柱，另一端穿过所述U形槽后连接到光纤信息记录部件的第二接线柱。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，其特征在于，所述分布式光纤还包括悬吊住整个分布式光纤的悬吊绳，所述悬吊绳的下端固定于所述配重导向头的顶端。

3.根据权利要求1或2所述的基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，其特征在于，所述配重导向头的形状为倒置的圆锥体，所述U形槽设置于所述圆锥体的底端。

4.根据权利要求1或2所述的基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，其特征在于，所述传感光缆为聚合物光纤。

5.根据权利要求1或2所述的基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，其特征在于，所述装置还包括给光纤信息记录部件提供电能的自发电电源。

6.根据权利要求5所述的基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，其特征在于，所述自发电电源为太阳能电池。

7.根据权利要求1或2所述的基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，其特征在于，所述装置还包括容纳并保护所述光纤信息记录部件的保护机柜。

8.根据权利要求1或2所述的基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，其特征在于，所述光纤信息记录部件为光纤光栅解调器。

9.根据权利要求8所述的基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，其特征在于，所述装置还包括云服务器，所述云服务器连接所述光纤光栅解调器。

10.根据权利要求9所述的基于分布式光纤的岩土体变形监测装置，其特征在于，所述云服务器通过窄带物联网连接所述光纤光栅解调器。

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