CN219757244U - 一种光缆传感装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光纤传感领域，涉及一种光缆传感装置及系统，光缆传感装置用于布设至待进行土体监测的深孔中，包括筒体，开设有容纳腔；配重件，装设于容纳腔；光缆，包括呈“U”型弯曲状的敷设段，敷设段设置于筒体，光缆被配置为布设于深孔中时光纤传感监测。本实用新型可以根据需要来快速灵活选择配重件的类型、重量或者填充在筒体内的多少，以更加灵活的调整筒体和配重件整体的重量，以预期的张紧力实现光缆在深孔中的便捷下放布置，简化了布设操作，降低了布设成本。

Description

一种光缆传感装置及系统

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种光缆传感装置及系统。

背景技术

现有常见的结构健康监测中，通常可以通过传感光缆来监测土体的位移变化或者其他信息。该方法可以通过下放装置把传感光缆放置于钻好的孔内。

而为了把传感光缆铅直的放置于钻好的孔内，目前常用的下放方式主要为利用某种圆管（如测斜管）把光缆固定在测斜管上开设的凹槽内，然后将传感光缆下放至孔底，光缆和测斜管共同构成传感部位，用于土体监测。但是，利用测斜管把传感光缆固定在凹槽内进行下放时，需要提前把传感光缆敷设在测斜管的凹槽内。此方法，传感光缆在两段测斜管连接处会存在固定不牢的情况，同时会导致传感光缆松弛，使得传感光缆的初始预应力无法保证；且需要测斜管等结构件，操作较繁杂，布设成本较高。

发明内容

基于此，有必要针对现有的问题，提供一种光缆传感装置及系统，旨在以预期的张紧力实现光缆在深孔中的便捷下放布置，简化操作，降低布设成本。

根据本申请的一个方面，提供一种光缆传感装置，用于布设至待进行土体监测的深孔中，包括：

筒体，开设有容纳腔；

配重件，装设于所述容纳腔；

光缆，包括呈“U”型弯曲状的敷设段，所述敷设段设置于所述筒体，所述光缆被配置为布设于深孔中时光纤传感监测。

在一些实施方式中，所述敷设段的弯曲直径不小于40 mm；和/或，

所述敷设段的弯曲直径不大于70 mm且所述筒体的外直径不大于70 mm。

在一些实施方式中，所述筒体包括：

主体部，其开设有贯通腔，所述贯通腔为两端开口的管腔；

筒底部，封堵于两个所述开口中的一个上，以配合所述贯通腔围设出所述容纳腔；

其中，所述筒底部呈锥体状，所述筒底部的锥顶位于所述主体部的外侧。

在一些实施方式中，所述筒体的内壁开设有用于引导所述敷设段的引导槽，所述引导槽包括沿第一方向延伸的引导槽段，所述第一方向平行于所述筒体的轴向；

其中，至少部分所述敷设段容纳于所述容纳腔中并贴附于所述引导槽段。

在一些实施方式中，所述配重件重量可调的装纳于所述容纳腔；和/或，所述配重件包括填充于所述容纳腔的石块或者金属块、或者浇筑于所述容纳腔的水泥。

在一些实施方式中，所述配重件为浇筑于所述容纳腔的水泥，所述筒体上设置有用于表征所述容纳腔容积的刻度；和/或，所述筒体的材质为PVC材质。

在一些实施方式中，所述光缆还包括延伸段，所述敷设段的两端分别连接有一条所述延伸段，所述延伸段大体平行于所述筒体的轴线方向且伸出于所述筒体。

在一些实施方式中，所述光缆为金属基索状应变感测光缆，所述光缆的外径为4mm至6 mm。

在一些实施方式中，所述光缆包括：

紧包型应力传感光纤；

外层钢索加强件，包裹于所述紧包型应力传感光纤外周；

MDPE护套，包裹于所述外层钢索加强件的外周。

在一些实施方式中，所述筒体的材质为PVC材质；和/或，

所述紧包型应力传感光纤的纤芯型号为G652D，所述紧包型应力传感光纤为单芯。

根据本申请的另一个方面，提供一种光缆传感系统，包括：

监测主机；

上述的光缆传感装置，所述光缆传感装置部分布设于待进行土体监测的深孔中，所述光缆与所述监测主机信号连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过增设筒体，采用筒体装载配重件，进而可以根据需要来快速灵活选择配重件的类型、重量，以更加灵活的调整筒体和配重件整体的重量。在将不同类型或者长度尺寸的光缆至上而下的垂直下放到深孔中时，可以依靠筒体和配重件整体的重量产生的拉力，实现自然下放布设。而且其可以满足施工者布设施工的过程中，对于筒体和配重件整体的重量产生的不同拉应力大小的需求，即当需要较大拉应力时可以配置更重的配重件，当需要较小拉应力时可以配置较轻的配重件；因此，可以以预期的张紧力实现光缆在深孔中的便捷下放布置，简化了布设操作，省去了测斜管，降低了布设成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施方式的附图。

图1为本实用新型的实施方式提供的光缆传感装置的示意图；

图2为本实用新型的实施方式提供的筒体和配重件的示意图；

图3为本实用新型的实施方式提供的光缆传感系统的示意图。

附图标记说明：

X、第一方向；1000、深孔；

100、光缆传感装置；110、筒体；111、容纳腔；112、主体部；113、筒底部；114、引导槽；115、刻度；120、配重件；130、光缆；131、敷设段；132、延伸段；200、监测主机。

实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施方式的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“液平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征液平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征液平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

现有常见的结构健康监测中，通常可以通过传感光缆来监测土体的位移变化或者其他信息。该方法可以通过下放装置把传感光缆放置于钻好的孔内。

而为了把传感光缆铅直的放置于钻好的孔内，目前常用的下放方式主要为利用某种圆管（如测斜管）把光缆固定在测斜管上开设的凹槽内，然后将传感光缆下放至孔底，光缆和测斜管共同构成传感部位，用于土体监测。但是，利用测斜管把传感光缆固定在凹槽内进行下放时，需要提前把传感光缆敷设在测斜管的凹槽内。此方法，传感光缆在两段测斜管连接处会存在固定不牢的情况，同时会导致传感光缆松弛，使得传感光缆的初始预应力无法保证；且需要测斜管等结构件，操作较繁杂，布设成本较高。

参考图1-3，本实用新型的实施方式提供了一种光缆传感装置100，光缆传感装置100用于布设至待进行土体监测的深孔1000中，进而可以进行传感监测，光缆传感装置100包括筒体110、配重件120和光缆130。筒体110开设有容纳腔111；配重件120装设于容纳腔111；光缆130包括呈“U”型弯曲状的敷设段131，敷设段131设置于筒体110，光缆130被配置为布设于深孔1000中时光纤传感监测土体，例如监测土体的变形或者位移变化。其通过增设筒体110，采用筒体110装载配重件120，进而可以根据需要来快速灵活选择配重件120的类型、重量，以更加灵活的调整筒体110和配重件120整体的重量。再将不同类型或者长度尺寸的光缆130至上而下的垂直下放到深孔1000的过程中，可以依靠筒体110和配重件120整体的重量产生的拉力，实现自然下放布设。而且通过调整筒体110和配重件120整体的重量，其可以满足施工者布设施工的过程中，对于筒体110和配重件120整体的重量产生的不同拉应力大小的需求，即当需要较大拉应力时可以配置更重的配重件120，当需要较小拉应力时可以配置较轻的配重件120。其依靠配重件120和筒体110的整体重力即可自然下放；因此，通过调整筒体110填充的配重件120的多少，便可以以预期的张紧力实现光缆130在深孔1000中的便捷下放布置，简化了布设操作。其不再使用测斜管，也就不会存在两段测斜管连接处光缆130固定不牢、松弛而导致无法保证初筛预紧力的问题，降低了布设成本。

参考图1-3，在一些实施方式中，配重件120重量可调的装纳于容纳腔111；配重件120包括填充于容纳腔111的石块或者金属块、或者浇筑于容纳腔111的水泥。进而可以灵活的调整配重件120的重量，以提供需要的下垂拉紧力。进一步地，在一些实施方式中，配重件120为浇筑于容纳腔111的水泥，筒体110上设置有用于表征容纳腔111的容积的刻度115，进而可以简单的通过阅读刻度115，结合水泥的一般密度，便可大体了解浇筑的重量。

参考图1-3，在一些实施方式中，筒体110包括主体部112和筒底部113。主体部112开设有贯通腔，贯通腔为两端开口的管腔；筒底部113封堵于两个开口中的一个上，以配合贯通腔围设出容纳腔111；其中，筒底部113呈锥体状，筒底部113的锥顶位于主体部112的外侧。主体部112和筒底部113可以一体成型也可以分体设置，筒底部113呈锥体状，锥顶呈尖端结构，可以将配重件120和筒体110的整体重力集中在锥顶位置；当其在深孔1000中遇到一些小的阻碍时，可以通过锥顶冲击来消除阻挡，便于更为顺畅的完成下放布设工作。

参考图1-3，在一些实施方式中，筒体110的材质为PVC材质；PVC是Polyvinylchlorid的简称，主要成份为聚氯乙烯，加入其他成分来增强其耐热性、韧性、延展性的一种材料。

参考图1-3，在一些实施方式中，筒体110的内壁开设有用于引导敷设段131的引导槽114，引导槽114包括沿第一方向X延伸的引导槽段，第一方向X平行于筒体110的轴向；其中，至少部分敷设段131容纳于容纳腔111中并贴附于引导槽段。引导槽114在筒体110的内壁中的位置明确，方便施工者通过引导槽114引导并完成敷设段131在筒体110内的位置布置，进而保持敷设段131的U形形状，结构简单，成本低，布设方便。在一些实施方式中，容纳腔111呈圆柱体，两个引导槽114沿圆柱体的径向，相互正对的间隔布置。

具体的，参考图1-3，在一些实施方式中，光缆130还包括延伸段132，敷设段131的两端分别连接有一条延伸段132，延伸段132大体平行于筒体110的轴线方向且伸出于筒体110。光缆130可以连接基于BOTDA的监测主机200，进而实现对基坑的土体的位移变形的监测。

更具体的，参考图1-3，在一些实施方式中，光缆130为金属基索状应变感测光缆。在一些实施方式中，光缆130包括紧包型应力传感光纤、外层钢索加强件和MDPE护套。外层钢索加强件包裹于紧包型应力传感光纤外周；MDPE护套包裹于外层钢索加强件的外周。MDPE中文全称为中密度聚乙烯(middle density polyethylene)，其性能介于高密度聚乙烯（HDPE）和低密度聚乙烯（LDPE）之间。在一些实施方式中，紧包型应力传感光纤的纤芯型号为G652D，紧包型应力传感光纤为单芯。G652D是光缆中光纤的型号，代表的是非色散位移单模光纤，是国内最广泛应用的一种单模光纤。其零色散波长在1310nm处，在波长为1550nm处衰减最小，但有较大的正色散，大约为18psnm/km，工作波长既可选用1310nm，也可选用1550nm。光缆130的外径为4 mm至6 mm。优选地，光缆130的外径为5mm。

进一步地，以上述的光缆130为研究对象，申请人通过进一步地深入研究发现，光缆130的弯曲程度对于光在光纤里面的传播以及土体变形的测量精度具有显著影响。具体表现为，弯曲程度越大，则导致的光损越大，测量精度越底。结合上述研究结果，申请人通过大量试验验证进一步发现，敷设段131的弯曲直径可以不小于40 mm；当敷设段131的弯曲直径小于40 mm时，由于光损耗过大，影响监测结果。本申请的实施方式，通过控制敷设段131的弯曲直径，进而保证了该处的光损不至于较大，影响监测结果的精度。

进一步地，由于在基坑或者边坡上开设深孔1000，深孔1000的开设直径越大，意味着开孔成本越高，施工难度越大。而深孔1000的开设直径太小则也不便于下放光缆传感装置100。参考图1-3，在一些实施方式中，敷设段131的弯曲直径不大于70 mm且筒体110的外直径不大于70 mm。即提供了直径大小适中的光缆传感装置100，便于进行深孔1000下放布置，且体积也不会过大。在一些实施方式中，敷设段131的弯曲直径不小于40 mm；同时，敷设段131的弯曲直径不大于70 mm且筒体110的外直径不大于70 mm。从而即保证了监测的有效性，同时也可以开设出直径适当的深孔1000来布设光缆传感装置100，可以降低开孔的布设成本，同时减小开孔对基坑或者边坡的土体形态的影响或者改变。

参考图3，根据本申请的另一个实施方式，提供一种光缆传感系统，光缆传感系统包括监测主机200和上述实施方式中的光缆传感装置100，光缆传感装置100部分布设于待进行土体监测的深孔1000中，光缆130与监测主机200信号连接。监测主机200可以采用现有的基于BOTDA技术的监测主机200，以进行土体监测，具体不做限定。光缆130呈U形布设，可以利用BOTDA技术进行温度、应变感测，进而获取土体的相关数据，该部分采用现有技术基坑，具体不做赘述。

最后应说明的是，以上实施方式的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施方式中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施方式仅表达了本实用新型的其中一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光缆传感装置，用于布设至待进行土体监测的深孔中，其特征在于，包括：

筒体，开设有容纳腔；

配重件，装设于所述容纳腔；

光缆，包括呈“U”型弯曲状的敷设段，所述敷设段设置于所述筒体，所述光缆被配置为布设于深孔中时光纤传感监测。

2.根据权利要求1所述的光缆传感装置，其特征在于，

所述敷设段的弯曲直径不小于40 mm；和/或，

所述敷设段的弯曲直径不大于70 mm且所述筒体的外直径不大于70 mm。

3.根据权利要求1所述的光缆传感装置，其特征在于，所述筒体包括：

主体部，其开设有贯通腔，所述贯通腔为两端开口的管腔；

筒底部，封堵于两个所述开口中的一个上，以配合所述贯通腔围设出所述容纳腔；

其中，所述筒底部呈锥体状，所述筒底部的锥顶位于所述主体部的外侧。

4.根据权利要求1所述的光缆传感装置，其特征在于，所述筒体的内壁开设有用于引导所述敷设段的引导槽，所述引导槽包括沿第一方向延伸的引导槽段，所述第一方向平行于所述筒体的轴向；

其中，至少部分所述敷设段容纳于所述容纳腔中并贴附于所述引导槽段。

5.根据权利要求1所述的光缆传感装置，其特征在于，

所述配重件重量可调的装纳于所述容纳腔；和/或，

所述配重件包括填充于所述容纳腔的石块或者金属块、或者浇筑于所述容纳腔的水泥。

6.根据权利要求1所述的光缆传感装置，其特征在于，

所述配重件为浇筑于所述容纳腔的水泥，所述筒体上设置有用于表征所述容纳腔容积的刻度；和/或，

所述筒体的材质为PVC材质。

7.根据权利要求1所述的光缆传感装置，其特征在于，所述光缆还包括延伸段，所述敷设段的两端分别连接有一条所述延伸段，所述延伸段大体平行于所述筒体的轴线方向且伸出于所述筒体。

8.根据权利要求1-7任一项所述的光缆传感装置，其特征在于，所述光缆为金属基索状应变感测光缆，所述光缆的外径为4 mm至6 mm。

9.根据权利要求8所述的光缆传感装置，其特征在于，所述光缆包括：

紧包型应力传感光纤；

外层钢索加强件，包裹于所述紧包型应力传感光纤外周；

MDPE护套，包裹于所述外层钢索加强件的外周。

10.一种光缆传感系统，其特征在于，包括：

监测主机；

权利要求1-9中任一项所述的光缆传感装置，所述光缆传感装置部分布设于待进行土体监测的深孔中，所述光缆与所述监测主机信号连接。