[發明專利]一種水工結構變形分布式光纖監測裝置及方法

有效

• 申請號: 201410784038.2
• 申請日: 2015-08-03
• 公開（公告）號: CN104501732A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 蘇懷智;楊孟;李皓;李星;歐斌
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李曉靜

技術領域

本發明涉及一種水工結構變形分布式光纖監測裝置的監測方法，屬于建筑領域。

背景技術

穿堤、水閘等水工結構物在運行中常出現不均勻沉降等病害，對建筑物的安全及正常使用造成不利影響，甚至導致建筑物破壞或失事。通過布設監測儀器或裝置，實時獲取區域變形信息，合理分析區域變形空間與時間變化規律，及時發現區域變形(特別是不均勻變形)異常狀況，以科學采取防范或控制措施，對保障水工結構物安全服役具有重要意義。

目前，常規水工結構變形監測裝置多存在施工布設困難、可重復利用率低、不易檢修維護、耐久性差、精度低、易受電磁環境干擾等不足。光纖傳感器具有抗輻射、耐腐蝕等特點，應用于不均勻變形病害監測具有明顯的優勢；但從光纖變形監測的現狀來講，分布式實時監測方式是當前研究和應用熱點，但技術本身和工程實用性方面尚不成熟，利用光纖中瑞利散射和菲涅爾反射、布里淵散射的變化，理論上不僅可以準確定位不均勻變形病害，且可以給出不均勻變形病害的定量描述；但上述目標的實現過程中，光纖的布設極其考究，尤其回路設置更是困難。從最新的光纖技術領域上看，美國Luna?Technology公司的ODiSI(Optical?Distributed?Sensor?Interrogator)分布式光纖傳感系統可以實現mm級空間分辨率，但是最大傳感長度只有50m，且實際應用中受到多因素干擾，其有效監測長度及分辨率會降低；日本NBX公司利用PPP-BOTDA技術生產的光納儀，有效空間分辨率可提高到cm級，但需要光纖回路布設，致使其很難直接應用于實際工程的不均勻變形監測。本發明技術可在保證現有分布式光纖最大監測距離(25km范圍內)的情況下，將空間分辨率提高到mm級。

為了充分利用現有技術監測水工結構不均勻變形，使監測設備獲得較高的初始精度、較大的測量量程，本發明將傳統監測技術與光纖傳感技術相結合，借鑒傳統監測技術直觀、簡單的優點，避開其布設困難、利用率低、無法檢修維護、受電磁環境干擾等不利弊端，結合當前光纖傳感技術所具有的分布式、高精度、實時性、多復雜環境應用的優勢，構建可共載兩種技術的應用平臺，設置兩種技術的共享信息融合的設備構件，實現水工結構不均勻變形mm級精度的有效監測和應用。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種水工結構變形分布式光纖監測裝置的監測方法，創造性地搭建可以融合新舊技術的集成平臺，具有可重復的使用、極為方便的安裝及實時的檢測與維護等優勢及分布式、微宏觀、實時性、復雜環境高適應性等特點。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明的一種水工結構變形分布式光纖監測裝置，包括通底豎井，所述通底豎井內安裝有變位臺，變位臺上的兩側對稱的安裝有鉆頭驅動裝置，鉆頭驅動裝置與錐形鉆頭連接；變位臺兩側的鉆頭驅動裝置分別與升降繩連接，升降繩纏繞在收線盤上，收線盤安裝在齒輪軸上，齒輪軸上的齒輪與轉動齒輪嚙合，轉動齒輪由電機驅動；變位臺中部與一對對稱安裝的彈簧的一端連接，彈簧的另一端與豎向測尺鉸接，豎向測尺穿過刻度臺，刻度臺位于設置在通底豎井上的橫梁，兩個彈簧之間設有光纖掛桶，光纖掛桶的底端與變位臺連接，光纖掛桶內安裝有波狀回路光纖，波狀回路光纖上設有光纖扣，波狀回路光纖的輸入端安裝有光波發射器，波狀回路光纖的輸出端安裝有光波采集器。

作為優選，所述升降繩上設有刻度。

作為優選，所述通底豎井的上端面設有水平儀。

作為優選，所述變位臺的下方設有護底凸臺。

作為優選，所述變位臺下方設有壓縮彈簧。

一種水工結構變形分布式光纖監測裝置的監測方法，包括以下步驟：

第1步，空載下，將升降繩完全松開，將變位臺及其所承載的部件放松到通底豎井的最底端，讓護底凸臺接觸到通底豎井的底面，測試拉壓彈簧及豎向測尺的工作狀態，用光波發射器、光波采集器監測波狀回路光纖工作性態，待上述工序完成之后，未發現異常情況下，將各部件恢復到原初始位置；

第2步，在土石結合區域中，開挖與通底豎井形狀結構類似的凹槽，通過水平儀調整通底豎井與土石結合區域間的平衡，通過電機驅動升降繩下放錐形鉆頭、變位臺及護底凸臺，在下降到指定位置后，通過查看升降繩上的刻度，使得變位臺兩邊升降繩的長度一樣長，使變位臺、錐形鉆頭處于水平平衡位置，將事先安裝好的拉壓彈簧與刻度臺上的豎向測尺鉸接，將已經安裝到光纖掛桶的波狀回路光纖引出到光波發射器及光波采集器處；

第3步，通過鉆頭驅動裝置推動錐形鉆頭從通底豎井穿出，最終將錐形鉆頭不斷深入通底豎井周圍的土石結合區域內；