[實用新型]一種基于主動溫控分布式溫度監測的沖刷深度測量裝置

有效

• 申請號: 201120147629.0
• 申請日: 2011-05-10
• 公開（公告）號: CN202158846U
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 趙雪峰;李樂;宮鵬;巴勤;歐進萍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B21/18
• 分類號: G01B21/18;G01F23/22
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉;李寶元

技術領域

本實用新型屬于結構工程和傳感技術領域，涉及到一種基于主動溫控分布式溫度監測的沖刷深度測量裝置。

背景技術

由于經濟建設的需要，我國大型橋梁結構、水工、海工、港工結構的建造日趨增多。例如針對橋梁結構而言，橋梁服役環境中江水、河水長期作用，河床形態和地質條件復雜各異，洪季水猛流急，因此涉水橋墩基礎處的局部沖刷相當明顯。洪水導致的橋梁墩臺基礎附近的橋渡沖刷是引起橋梁失效的常見原因。近年來，在我國較著名的因橋渡沖刷而致橋毀事故的橋梁為隴海線灞河橋。2002年6月9日，陜西西安灞河暴發洪水，將隴海線灞河橋1～5號墩沖垮，第1～6孔梁墜落，造成隴海線雙線中斷行車14h?30min。2001年8月2日和4日，藍煙線K168+457外夾河橋和東萊線K34+879東泉河橋分別因橋渡沖刷而倒塌，因采取措施得當，及時攔停了列車，幸未造成重大人員財產損失，但也對鐵路正常運營生產造成了極大困難，兩橋不得不重建。我國在鐵道部的統一部署和領導下，開展了橋梁水文檢算和淺基普查，制訂了淺基橋和木樁基礎橋梁整治規劃。在其他港工、水工結構中，沖刷問題同樣迫切需要研究。

當前，橋渡沖刷監測主要依靠目視監測和儀器監測。儀器監測又可分為固定儀器監測和便攜式儀器監測。固定儀器監測一般采用聲納技術，它可以提供沖刷隨時間的變化曲線。測量數據既可以現場手工下載，也可利用無線數傳技術在基站下載。便攜式儀器一般亦采用聲納技術，它可以沿一座橋或在不同的橋之間使用。除聲納技術外，國外還研究了利用探地雷達法、反射地震剖面法、電導率法等進行沖刷測量的技術。探地雷達法具有發射器和接收器不用浸水、剖面可延伸過砂洲或到岸邊、可提供精確的河床和河床下沉積物的深度結構模型。反射地震剖面法可以提供精確的結構深度模型和米數量級泥沙深度，但不能測量斷面，不能延伸到岸上，且儀器較貴。也有應用基于光纖光柵傳感器建立彈性機構實現沖刷深度監測的方法報道，但是該種方法封裝結構復雜，監測結果收到環境干擾較大，耐久性不好。總體而言，這些沖刷測試方法一般儀器較為昂貴，操作使用復雜，應用不是很普遍。目視監測的手段可分為鉛錘測深、水下攝像機及潛水員摸探。對于高風速、高流速條件下的河床沖刷測量，可使用流線形鉛魚測量沖刷深度。

當今，用于溫度監測的傳感器或者傳感技術種類繁多，基本能夠滿足工程實踐或科研工作的各種要求。很多溫度傳感器都能夠實現高分辨率、高精度的溫度監測。例如，當前先進的光纖光柵溫度傳感器的最高分辨率可達到0.02℃，精度可達到0.1℃，并且光纖光柵溫度傳感器具有體積小，抗電磁干擾，抗腐蝕，耐高溫，信號衰減小，集信息傳感與傳輸于一體等特點，解決常規檢測技術難以完全勝任的測量問題，因而可以用作地基土沖刷監測技術中的溫度監測傳感器。此外，當前發展已經相對成熟的基于熱電偶、熱電阻等原理的溫度監測技術以及正在迅速發展的BOTDR(A)技術均可用于地基土沖刷監測技術中的溫度監測。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種能夠監測地基土沖刷深度的測量裝置，精確地實現對地基土沖刷深度的測量，并且同時滿足實際惡劣工程環境對于監測系統耐久性、穩定性的要求。

本實用新型的技術方案是：

一種基于主動溫控分布式溫度監測的沖刷深度測量裝置主要包括分布式加熱裝置、分布式溫度監測裝置、封裝套管。

基于主動溫控分布式溫度監測的沖刷深度測量裝置的中心是分布式加熱裝置，最外側為封裝套管，在分布式加熱裝置和封裝套管之間是分布式溫度監測裝置，但分布式溫度監測裝置也可以嵌入到封裝套管的內壁中，即與封裝套管成為一體。

當該沖刷深度測量裝置的溫度高于其周邊的地基土和流水溫度時，沖刷深度測量裝置中的熱量在地基土和流水中耗散速率明顯不同，這種熱量耗散速率的不同主要由水的流動性以及地基土和水的熱力學參數的差異所導致的。因此，利用已有的加熱帶、加熱電阻絲等分布式加熱裝置給沖刷深度測量裝置主動增溫，那么在沖刷深度測量裝置升溫和降溫過程中會在流水和地基土的交界面處產生溫度場異常，通過分布式溫度監測裝置監測該溫度場異常即可實現沖刷深度的監測，具體的分布式溫度監測裝置可以使用諸如FBG，分布式光纖，鉑電阻，DS18B20等溫度測量裝置。通過控制主動增溫的實際溫度值可以實現沖刷深度測量裝置靈敏系數的調節。此外將該技術同時應用于水和空氣的界面，可實現對水位高度的監測。

本實用新型結構簡單，測量精確度高，成本低廉，適于產業化生產。

附圖說明

圖1是本實用新型的應用環境示意圖。