[發明專利]一種能夠監測土體微小變形的FBG封裝結構及封裝方法

在審

• 申請號: 201810065855.0
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108413886A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 苗鵬勇;張軍;趙紫陽;張宗戰;孫志杰;朱曉斌;張蕾;郭震山;姚廣;毋曉琛
• 申請（專利權）人: 山西省交通科學研究院
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 余曉雪;王敏鋒

本發明提出了一種監測土體微小變形的FBG封裝結構及封裝方法，采用增大表面摩擦系數的熱塑管和石英管對FBG進行封裝保護，根據實際監測需要選擇尺寸合適的熱塑管和石英管；將熱塑管表面用砂紙打磨后安裝在FBG光柵一側固定；在柵區安裝石英套管對柵區進行保護，防止剪切應變對柵區的破壞；在FBG柵區另一側安裝一個經過相同處理的熱塑管，即為土體微小變形FBG傳感器。本發明增大了FBG傳感器與土體之間的摩擦效應，改善了FBG傳感器與土體之間的協調變形，能夠感測到土體的微小變形；有效避免土體直接的擠壓產生的剪切作用，提高了FBG埋入土體的成活率和在土體中的壽命，能夠可靠持久的監測土體的變化。

技術領域

本發明屬于巖土體災害預防監測領域，涉及一種FBG封裝結構及封裝方法，尤其涉及一種能夠監測土體微小變形的FBG封裝結構及封裝方法。

背景技術

巖土體災害預防監測領域是一個觀測學科，只有通過在科學研究中不同的觀測總結才能做到災害的治理和預防。在巖土體災害防治領域，每一項巖土體災害的發生都離不開土體的變形，宏觀的巖土體變形通常是由若干局部的土體微小變形組成的。因此，土體微小變形的觀測是研究巖土體宏觀力學特性的重要指標，如黃土體失陷性的觀察、塑性區土體的變化、黏土體水分蒸發龜裂過程中土體力學性質的變化等涉及到土體緩慢微小的變化過程時，都需要準確觀測土體隨時間的微小變形變化，對土體微小變形的觀測與總結，是預測和預防可能發生的地質災害的重要途徑。

基于FBG高精度的應變響應特點，在土體環境溫度變化不大時，不考慮溫度對FBG監測的影響，可直接根據FBG測到的波長變化轉換為待測點的應變變化。若未經封裝直接將FBG埋設與待測土體中，一方面土體對FBG傳感元件直接擠壓，會使FBG傳感元件發生剪切破壞；另一方面由于光纖表面光滑，與土體之間的摩擦小，特別是遇水后在土體變形較大時兩者之間會產生相對滑動，這兩者都會直接影響FBG傳感元件對待測點土體變形的監測。為此作者嘗試使用PVC塑料套管來保護光纖柵區，但是在埋入土體的過程中塑料套管很容易發生錯動，使得柵區裸露在外面，并沒有很好地解決柵區的保護問題，并且上覆荷載較大時PVC管自身會發生彎曲，PVC管內部的FBG傳感元件也產生一定的彎曲，久而久之會縮短FBG傳感器的壽命；再者土體與光纖之間的協調變形也并未很好的得到解決。為此，作者再次嘗試使用石英管保護FBG傳感器柵區，并在FBG傳感元件兩側分別安裝一個固定的熱塑管。石英管抗彎折能力強，使用石英管能夠避免FBG傳感器柵區被彎曲破壞。熱塑管受熱能夠與光纖引線粘結在一起，一方面可以充當擴大端，加強土體與光纖的耦合度，改善協調變形；另一方面，兩側被限制的石英管可以防止柵區的保護管發生滑動，對FBG傳感元件起到最大限度的保護。然而實驗結果表明，雖然柵區保護管的脫落及彎曲問題得到解決，且光纖與土體之間的協調變形也得到了改善，但是在遇水后土體與光纖還是容易發生滑脫，不能很好的發生協調變形。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提出了一種可增強光纖與土體之間的耦合性、改善光纖與土體的協調變形的能夠監測土體微小變形的FBG封裝結構及封裝方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種能夠監測土體微小變形的FBG封裝結構，其特征在于：所述能夠監測土體微小變形的FBG封裝結構包括FBG傳感元件、石英管以及熱塑管；所述FBG傳感元件兩側設置有光纖引線；所述熱塑管是兩個；所述石英管套裝在FBG傳感元件外部；兩個熱塑管分別套裝在FBG傳感元件兩側的光纖引線外部；所述石英管與熱塑管相嵌套。

作為優選，石英管的外徑大于光纖引線的外徑且小于熱塑管的內徑。

作為優選，熱塑管與光纖引線之間填充有膠體。

作為優選，熱塑管沿熱塑管的軸向依次分為活動段以及與活動段相連的固定段；所述石英管在活動段中與熱塑管相嵌套；所述熱塑管與光纖引線之間在固定段處填充有膠體。

作為優選，熱塑管的外表面是粗糙的。