CN220170385U - 一种结构状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及结构状态监测技术领域，具体公开了一种结构状态监测系统。该结构状态监测系统包括：第一监测设备，与第一光缆连接，被配置为基于光纤传感感测并表征待监测结构的状态；第二监测设备，与第二光缆连接，被配置为基于光纤传感感测并表征待监测结构的状态；其中，待监测结构的状态包括温度和/或应变，第一监测设备的传感监测距离大于第二监测设备的传感监测距离，且第二监测设备的监测精度大于第一监测设备的监测精度。该结构状态监测系统能够同时兼顾传感监测距离及测量精度。

Description

一种结构状态监测系统

技术领域

本实用新型涉及结构状态监测技术领域，尤其涉及一种结构状态监测系统。

背景技术

目前，用于结构状态监测的方法较多，主要分为两种：一类是采用测斜仪监测系统进行监测，另一类是采用基于分布式光纤的监测系统进行监测。其中，采用测斜仪监测系统进行监测时，一般是每隔20～30m选择合适位置钻孔埋设测斜管，利用滑动式测斜仪在测斜管导轨上下定长定点测量钻孔内部倾斜位移，从而对工法桩水平位移进行监测。采用基于分布式光纤的监测系统进行监测时，将光缆与钢筋笼、型钢、测斜管等结构固定，或钻孔将光缆下放至孔底，利用分布式光纤应变传感设备对工法桩水平位移进行监测。与常规的测斜仪监测系统相比，基于分布式光纤的监测系统由于具备分布式、长距离、实时性和长期稳定性等优点而具有显著的优越性。

传感监测距离、测量精度是衡量基于分布式光纤的监测系统的重要指标之一；其中，传感监测距离是指基于分布式光纤的监测系统能够监测到的最大距离，短距离监测的传感监测距离仅有几十米，测量精度是指监测时的空间分辨率，高精度监测的测量精度可达毫米量级。

但是，目前的基于分布式光纤的监测系统，存在传感监测距离、测量精度两者不能同时兼顾的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种结构状态监测系统，能够同时兼顾传感监测距离及测量精度。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种结构状态监测系统，包括：

第一监测设备，与第一光缆连接，所述第一监测设备被配置为基于光纤传感感测并表征待监测结构的状态；

第二监测设备，与第二光缆连接，所述第二监测设备被配置为基于光纤传感感测并表征待监测结构的状态；

其中，所述待监测结构的状态包括温度和/或应变，所述第一监测设备的传感监测距离大于所述第二监测设备的传感监测距离，且所述第二监测设备的监测精度大于所述第一监测设备的监测精度。

进一步地，所述第一光缆和所述第二光缆为同一根传感光缆，所述传感光缆包括若干段光缆单体段，其顺次可拆卸地连通形成所述传感光缆，若干段所述光缆单体段中包括至少一段光缆感测段，所述光缆感测段用于直接探测待监测结构的状态；

其中，所述第一监测设备被配置为与所述传感光缆光信号连接，所述第二监测设备被配置为可拆卸地与所述光缆感测段的端口光信号连接。

进一步地，还包括若干个光纤连接组件，相邻两段所述光缆单体段之间通过所述光纤连接组件可拆卸连接。

进一步地，所述光纤连接组件包括：

两个FC/APC接头，一对一安装于对应的所述光缆单体段的端部；

准直器，两个所述FC/APC接头分别与所述准直器插拔连接，以连通相邻两段所述光缆单体段。

进一步地，所述传感光缆包括多段所述光缆感测段。

进一步地，若干段所述光缆单体段中还包括至少一段第一通信光缆，所述第一通信光缆用于光信号通讯。

进一步地，各段所述光缆单体段均为钢丝铠装光缆。

进一步地，所述第一监测设备为BOTDA监测设备，所述第二监测设备为OFDR监测设备。

进一步地，还包括若干光缆单体段，其顺次可拆卸地连通并形成一根传感光缆，若干段所述光缆单体段中包括至少一段呈U型形状的光缆感测段，所述光缆感测段被配置为布设于待监测土体上开设的钻孔内，所述钻孔内填充有填料；

其中，所述第一监测设备被配置为可拆卸地与所述传感光缆的两端光信号连接形成用于对待监测结构进行应变监测的回路，所述第二监测设备被配置为可拆卸地与所述光缆感测段的端口光信号连接以用于应变监测。

进一步地，若干段所述光缆单体段中还包括一段或间隔设置的多段温度补偿段，所述温度补偿段被配置为悬空地布设于待监测土体上开设的对应的钻孔内，以用于所述第一监测设备应变监测时的温度补偿。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的一种结构状态监测系统，利用第一监测设备对待测土体结构进行全局、长期、实时监测，利用第二监测设备进行高空间分辨率、高精度的局部监测，相比现有的基于分布式光纤的监测系统，其能够同时兼顾长传感监测距离、高测量精度的性能。

附图说明

图1是本实用新型提供的结构状态监测系统中光缆的布设结构示意图；

图2是本实用新型提供的结构状态监测系统的在使用状态一的结构示意图；

图3是图2中光纤连接组件的结构示意图；

图4是本实用新型提供的结构状态监测系统的在使用状态二的结构示意图。

实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1和2所示，本申请的实施例提供了一种结构状态监测系统，结构状态监测系统包括第一监测设备3和第二监测设备4，第一监测设备3与第一光缆连接，并被配置为基于光纤传感感测并表征待监测结构的状态；第二监测设备4与第二光缆连接，并被配置为基于光纤传感感测并表征待监测结构的状态；其中，待监测结构的状态包括温度和/或应变；第一监测设备3的传感监测距离大于第二监测设备4的传感监测距离，且第二监测设备4的监测精度大于第一监测设备3的监测精度。

在一些实施例中，第一光缆和第二光缆为同一根传感光缆2，该传感光缆2包括若干段光缆单体段，其顺次可拆卸地连通形成一根传感光缆2。该传感光缆2包括至少一段光缆感测段1，该光缆感测段1用于直接探测待监测结构的状态；其中，第一监测设备3被配置为与传感光缆2光信号连接，第二监测设备4被配置为可拆卸地与光缆感测段1的端口光信号连接。

在一些实施例中，该结构状态监测系统还包括若干个光纤连接组件7，相邻两段光缆单体段之间通过光纤连接组件7可拆卸连接。本实施例中，光纤连接组件7的结构如图3所示，包括两个FC/APC接头71及准直器72，两个FC/APC接头71一对一安装于对应的光缆单体段的端部；两个FC/APC接头71分别与准直器72插拔连接，以连通相邻两段光缆单体段。

在一些实施例中，该结构状态监测系统的若干段光缆单体段中还包括至少一段第一通信光缆6，该第一通信光缆6用于光信号通讯。

进一步地，本实施例中，第一监测设备3为BOTDA监测设备，第二监测设备4为OFDR监测设备；各段光缆单体段均为钢丝铠装光缆。其中，若干段光缆单体段中包括至少一段呈U型形状的应变光缆感测段，该应变光缆感测段布设于待监测土体上开设的钻孔5内，钻孔5的直径为100mm～150mm；钻孔5内填充有水泥砂浆等填料。其中，第一监测设备3被配置为可拆卸地与传感光缆2的两端光信号连接形成用于对待监测结构进行应变监测的回路，第二监测设备4被配置为可拆卸地与光缆感测段1的端口光信号连接以用于应变监测。

进一步地，若干段光缆单体段中还包括一段或间隔设置的多段温度补偿段，该温度补偿段被配置为悬空地布设于待监测土体上开设的对应的钻孔5内，以用于第一监测设备3应变监测时的温度补偿。布设有温度补偿光缆的钻孔5的孔口处封闭设置，无需填填料。

本实用新型的一种结构状态监测系统的安装过程是：

首先，在待监测土体上钻设的各钻孔5内布设光缆单体段。具体过程是，先将一段光缆单体段与直径为5mm的滑轮91的凹槽固定，形成一个“U”字型，保证光缆弯曲半径；再将滑轮91与配重92连接，利用配重92的重力将光缆单体段下放至钻孔5的孔底。

接着，回填钻孔5。具体过程是，将光缆单体段固定在洞口支架93处，保证处于拉伸状态，向钻孔5内回填水泥砂浆等填料，直至填料凝固后，撤去洞口支架93；该段光缆单体段即为应变光缆感测段。另外，每隔一段距离选取一个钻孔5，利用配重92的重力将一段光缆单体段下放至钻孔5的孔底，保证光缆单体段处于松弛状态，该钻孔5内无需回填填料，将孔口处封闭保护；该段光缆单体段即为温度补偿段。

然后，通过若干段第一通信光缆6及若干个光纤连接组件7依次连接各应变光缆感测段及温度补偿段，形成一根传感光缆2；对传感光缆2进行光路检查，查看有无损坏及断点，并进行光损耗检测，保证传感光缆2正常使用性能；最后，接入第一监测设备3，预留足够长度进行位置标定，从而完成土体结构深层变形监测系统的安装。

采用本实施例中安装好的结构状态监测系统，可实现对土体结构进行全局、长期、实时监测。其中，应变光缆感测段及温度补偿段采用同一根光缆，在工法桩上钻孔时留出布设温度补偿段的位置即可，避免单独设置温度补偿光缆，安装更方便。

进一步地，如图4所示，当第一监测设备3监测到某段应变光缆感测段的应变变化值超过设定的警戒值时，可以断开该段应变光缆感测段，该段应变光缆感测段两端的两个第一通信光缆6通过光纤连接组件7连接；断开后的应变光缆感测段通过第二通信光缆8接入第二监测设备4，对该段应变光缆感测段进行高空间分辨率、高精度的局部监测。

该实施例中采用全局监测与局部监测相结合的方式，兼具BOTDA技术传感监测距离较长、能对土体结构全局监测及OFDR技术测量精度高的特点，能够更好地适应土体结构深层变形监测，解决了目前基于分布式光纤的监测系统存在的传感监测距离、测量精度两者不能同时兼顾的问题；并且安装简便、监测成本投入低，可实时获取土体结构深层变形，无需专业技术人员进行现场操作，大大节约了人力、物力资源；同时还易于组网，可以根据监测需求对全部或者部分应变传感光缆进行组网监测。

此外，对于地下管廊、隧道等长距离基坑监测，可以先布设光缆，然后根据监测需求对光缆进行组网，将无需监测段光缆剔除，以提高监测效率。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种结构状态监测系统，其特征在于，包括：

第一监测设备(3)，与第一光缆连接，所述第一监测设备(3)被配置为基于光纤传感感测并表征待监测结构的状态；

第二监测设备(4)，与第二光缆连接，所述第二监测设备(4)被配置为基于光纤传感感测并表征待监测结构的状态；

其中，所述待监测结构的状态包括温度和/或应变，所述第一监测设备(3)的传感监测距离大于所述第二监测设备(4)的传感监测距离，且所述第二监测设备(4)的监测精度大于所述第一监测设备(3)的监测精度。

2.根据权利要求1所述的结构状态监测系统，其特征在于，所述第一光缆和所述第二光缆为同一根传感光缆(2)，所述传感光缆(2)包括若干段光缆单体段，其顺次可拆卸地连通形成所述传感光缆(2)，若干段所述光缆单体段中包括至少一段光缆感测段(1)，所述光缆感测段(1)用于直接探测待监测结构的状态；

其中，所述第一监测设备(3)被配置为与所述传感光缆(2)光信号连接，所述第二监测设备(4)被配置为可拆卸地与所述光缆感测段(1)的端口光信号连接。

3.根据权利要求2所述的结构状态监测系统，其特征在于，还包括若干个光纤连接组件(7)，相邻两段所述光缆单体段之间通过所述光纤连接组件(7)可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的结构状态监测系统，其特征在于，所述光纤连接组件(7)包括：

两个FC/APC接头(71)，一对一安装于对应的所述光缆单体段的端部；

准直器(72)，两个所述FC/APC接头(71)分别与所述准直器(72)插拔连接，以连通相邻两段所述光缆单体段。

5.根据权利要求2所述的结构状态监测系统，其特征在于，所述传感光缆(2)包括多段所述光缆感测段(1)。

6.根据权利要求2所述的结构状态监测系统，其特征在于，若干段所述光缆单体段中还包括至少一段第一通信光缆(6)，所述第一通信光缆(6)用于光信号通讯。

7.根据权利要求2所述的结构状态监测系统，其特征在于，各段所述光缆单体段均为钢丝铠装光缆。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的结构状态监测系统，其特征在于，所述第一监测设备(3)为BOTDA监测设备，所述第二监测设备(4)为OFDR监测设备。

9.根据权利要求8所述的结构状态监测系统，其特征在于，还包括若干光缆单体段，其顺次可拆卸地连通并形成一根传感光缆(2)，若干段所述光缆单体段中包括至少一段呈U型形状的光缆感测段，所述光缆感测段被配置为布设于待监测土体上开设的钻孔(5)内，所述钻孔(5)内填充有填料；

其中，所述第一监测设备(3)被配置为可拆卸地与所述传感光缆(2)的两端光信号连接形成用于对待监测结构进行应变监测的回路，所述第二监测设备(4)被配置为可拆卸地与所述光缆感测段的端口光信号连接以用于应变监测。

10.根据权利要求9所述的结构状态监测系统，其特征在于，若干段所述光缆单体段中还包括一段或间隔设置的多段温度补偿段，所述温度补偿段被配置为悬空地布设于待监测土体上开设的对应的钻孔(5)内，以用于所述第一监测设备(3)应变监测时的温度补偿。