[發明專利]基于弱光柵的變電站地面沉降監測裝置及方法

在審

• 申請號: 201911077944.8
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN110749304A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 曾克;張曉飛;董翰川;呂中虎;王晨輝;史彥新;孟憲瑋
• 申請（專利權）人: 中國地質調查局水文地質環境地質調查中心
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00
• 代理公司: 42103 宜昌市三峽專利事務所
• 代理人: 吳思高

1.基于弱光柵的變電站地面沉降監測裝置，其特征在于：包括超弱光柵應變光纜、弱光柵解調模塊（9）、數據處理及通信終端（10）；超弱光柵應變光纜連接弱光柵解調模塊（9），弱光柵解調模塊（9）連接數據處理及通信終端（10）；

所述超弱光柵應變光纜，用于光信號的傳輸以及應變的感應；

所述弱光柵解調模塊（9），用于解調超弱光柵反射的波長變化；

所述數據處理及通信終端（10），用于波長數據的處理后獲取變電站地面沉降信息；

所述超弱光柵應變光纜設有多個固定點，多個固定點用于與變電站所要監測的設施相連。

2.根據權利要求1所述基于弱光柵的變電站地面沉降監測裝置，其特征在于：所述超弱光柵應變光纜包括位于中心的光纖線芯（1），所述光纖線芯（1）上刻寫有多個全同或波分復用的、低反射率的超弱光柵傳感單元（7）構成的超弱光柵陣列。

3.根據權利要求1所述基于弱光柵的變電站地面沉降監測裝置，其特征在于：所述超弱光柵陣列采用非剝皮工藝刻寫，超弱光柵陣列的涂覆層為改性的聚丙烯酸酯層或透紫外涂覆層。

4.根據權利要求1所述基于弱光柵的變電站地面沉降監測裝置，其特征在于：所述超弱光柵應變光纜由內層至外層依次包裹有鎧裝層（2）、編織層（3）、外護套（4），超弱光柵陣列處于自由活動狀態，所述超弱光柵應變光纜通過環切口子露出光纖線芯（1）后，灌入膠黏劑（6）與光纖線芯（1）固化構成一個膠接定點；膠接定點套有保護殼（5）。

5.根據權利要求1所述基于弱光柵的變電站地面沉降監測裝置，其特征在于：所述超弱光柵應變光纜中埋入有光纖線芯（1），光纖線芯（1）在施加預張力后，與超弱光柵陣列的超弱光柵傳感單元（7）等間隔固定。

6.根據權利要求1所述基于弱光柵的變電站地面沉降監測裝置，其特征在于：所述弱光柵解調模塊（9）采用窄帶掃描激光作為光源，經過電光調制后入射到多個超弱光柵傳感單元（7）中，多個固定點一一對應多個超弱光柵傳感單元（7），所有超弱光柵傳感單元（7）反射的信號光經過高速采集卡采集，利用算法濾除非光柵的反射光，提取各個超弱光柵傳感單元（7）的反射信號，經過波長擬合，獲得超弱光柵陣列中各個超弱光柵傳感單元（7）的峰值波長。

7.根據權利要求1所述基于弱光柵的變電站地面沉降監測裝置，其特征在于：所述弱光柵解調模塊（9）、數據處理及通信終端（10）均置于變電站中央控制室，通過以太網、WIFI、或者GPS與通信網絡連接。

8.根據權利要求1所述基于弱光柵的變電站地面沉降監測裝置，其特征在于：所述弱光柵解調模塊（9）的數據輸出口與數據處理及通信終端（10）通過有線或者無線的方式相連接；數據處理及通信終端（10）與外網連接，并通過外網上傳至終端數據。

9.根據權利要求1所述基于弱光柵的變電站地面沉降監測裝置，其特征在于：該裝置還包括安裝卡具（11），用于安裝固定超弱光柵應變光纜，所述安裝卡具（11）包括多個固定件（11.1），每一個固定件（11.1）上設有用于固定膠接定點的卡件（11.2）。

10.基于弱光柵的變電站地面沉降監測方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一、位移、應變、波長標定：

利用實驗臺標定所述超弱光柵應變光纜的反射波長漂移量與絕對應變、位移的關系，獲取“應變-位移-波長”定標曲線；

步驟二、超弱光柵應變光纜布設：

超弱光柵應變光纜在變電站進行多維布設：水平方向的布設，垂直方向的布設，井下沉降的布設；變電站所要監測的設施與超弱光柵應變光纜的多個固定點固定；

步驟三、光柵定位：

弱光柵解調模塊（9）發出連續激光，經過調制后形成光脈沖，耦合進入超弱光柵應變光纜，連續激光的波長按照指定的間隔，依次增長；不同波長的光脈沖入射在空間位置不同的超弱光柵傳感單元（7）上，經反射后到達探測器的時間不同，經過波長與時間計算，結合輔助的長度標記，建立光柵位置與長度的關系；

步驟四、長度測量：

4.1、根據步驟三中獲得不同位置光柵的波長信息，建立校準文件，并保存在數據處理及通信終端（10）中；

4.2、復位連續激光器的波長，再次掃描波長，記錄對應位置光柵的反射信息，通過算法擬合，獲得當前時刻的光柵波長，保存在數據處理及通信終端（10）中；

4.3、重復上一步操作n-1次，將每次測得的峰值波長數據保存，建立數組；

4.4、對n次測量的數據進行算法處理，獲得當前時間段內毫秒級的歸一化波長值；

4.5、在數據處理及通信終端（10）預先設置的算法，由當前歸一化波長值及標定的長度波長曲線，反演不同位置光柵點的應變分布；

步驟五、循環測量：

重復所述步驟四，獲得下一時刻變電站沉降應變不同深度位置的值。