[發(fā)明專利]基于弱光柵的變電站地面沉降監(jiān)測裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911077944.8
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN110749304A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)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

基于弱光柵的變電站地面沉降監(jiān)測裝置及方法，該裝置包括超弱光柵應變光纜、弱光柵解調(diào)模塊、數(shù)據(jù)處理及通信終端；超弱光柵應變光纜連接弱光柵解調(diào)模塊，弱光柵解調(diào)模塊連接數(shù)據(jù)處理及通信終端；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(diào)模塊，用于解調(diào)超弱光柵反射的波長變化；所述數(shù)據(jù)處理及通信終端，用于波長數(shù)據(jù)的處理后獲取變電站地面沉降信息。本發(fā)明克服了現(xiàn)有變電站地面沉降監(jiān)測設(shè)備在測量密度、測量精度以及實時性上的不足，具有分布式、高精度、響應快等優(yōu)點；在變電站沉降、環(huán)境保護領(lǐng)域具有重要的應用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑物沉降監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于弱光柵的變電站地面沉降監(jiān)測裝置及方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的建筑物沉降監(jiān)測主要技術(shù)參數(shù)均由人工定期使用傳統(tǒng)儀器到現(xiàn)場進行測量，受人工、天氣、現(xiàn)場等多種因素的制約，工作量巨大且不能及時監(jiān)測沉降數(shù)據(jù)，同時人工監(jiān)測還存在一定的人為誤差?，F(xiàn)有技術(shù)主要的沉降監(jiān)測方法有：簡單目測法、沉降計算法、變形轉(zhuǎn)換法?，F(xiàn)有的沉降測量裝置直接測量固定桿標記與沉降建筑之間的相對位移大小，從而獲得地基沉降值的方法。在水下拋石堆載地基處理過程中，固定桿有可能被堆載物撞擊而發(fā)生形變，會直接影響到測量結(jié)果的準確性。而且這種監(jiān)測方法工作量極其繁重，而測得的數(shù)據(jù)量相反卻較少，監(jiān)測的耗時較長，且容易受到環(huán)境因素的影響，使得測量的準確性不佳。例如：目前在建筑行業(yè)里沉降觀測多采用傳統(tǒng)的固定觀測點加水準儀的方法，這種方法需在施工過程中預埋觀測點，設(shè)備要求不高，沉降數(shù)據(jù)靠人工測量，不能準確的連續(xù)的獲得沉降數(shù)據(jù)，且觀測數(shù)據(jù)準確率相對較低。因此傳統(tǒng)的觀測方法顯然已經(jīng)不適應快速發(fā)展的建筑建設(shè)的需要。

在存在可能塌陷區(qū)域的地方設(shè)置有變電站時，如不能及時得知變電站建筑物沉降數(shù)據(jù)，將對變電站安全運行構(gòu)成巨大風險。變電站是電網(wǎng)的重要組成部分，它在電力系統(tǒng)中起變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電壓的作用。變電站內(nèi)的建筑物是保障電網(wǎng)安全的電力基礎(chǔ)設(shè)施，由于變電站大多建設(shè)在偏遠的地區(qū)，那里的地質(zhì)條件和氣候條件經(jīng)常會引起變電站的地基沉降。變電站基礎(chǔ)建筑物在施工期間以及后期運營期間的安全問題日益突出。目前，對變電站地基沉降的監(jiān)測方法主要是采用水準監(jiān)測法。這種方法是通過人工定期巡視檢查安裝在現(xiàn)場沉降監(jiān)測點的沉降樁頭，利用精密水準儀觀測各個沉降觀測點與基準點之間的變化來判斷地基沉降量。但是由于這種監(jiān)測方法的工作量極其繁重，而測得的數(shù)據(jù)量相反卻較少，監(jiān)測的耗時較長，且容易受到環(huán)境因素的影響，使得判斷的準確性不佳。

光纖，既可作為光信號的傳輸通道，也可作為環(huán)境參量(如溫度、應力、振動等)的感應介質(zhì)，具有體積小、重量輕、易敷設(shè)、抗電磁干擾等諸多優(yōu)點，在傳感領(lǐng)域應用廣泛。光纖傳感器是基于光纖獨特的光學特性和傳感特性來探測工程中各種物理參量。它相對于傳統(tǒng)方法具有更高的靈敏度，不易受電磁干擾，絕緣性好，耐腐蝕，工作壽命長，集物理參量信息的獲取與傳輸一體，以及結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、耗電少等優(yōu)點。可以用于測量應變、溫度、壓力、位移等物理參量。

現(xiàn)有的光纖水溫監(jiān)測設(shè)備可分為兩大類：基于散射(拉曼散射或布里淵散射)的分布式光纖監(jiān)測設(shè)備和基于高反射率光柵(FBG)的光纖監(jiān)測設(shè)備。前者往往存在誤報率高，定位精度差，抗干擾能力弱，數(shù)據(jù)解調(diào)復雜等問題。后者是通過特定技術(shù)手段在光纖上刻畫出具有周期性結(jié)構(gòu)的高反射率光柵，利用光柵結(jié)構(gòu)對環(huán)境參數(shù)變化敏感的特性實現(xiàn)應變監(jiān)測。但普通光柵的反射率高，光柵復用數(shù)目少，空間分辨率往往會受到限制，此外，普通光柵多采用剝皮刻寫后再涂覆，涂層均勻性差，溫度線性度不好，很難滿足高精度溫度監(jiān)測的需求。超弱光纖光柵是指具有極低反射率的光纖光柵，通常光柵的反射率低于0.1％，單個光脈沖信號在光纖中傳播時，可以透過大量的超弱光纖光柵，并依次留下反射信號。這些反射信號的絕對強度雖然不大，確足以被現(xiàn)有的光電探測器件收集并檢出。因此，通過在一根光纖中高密度刻寫弱光柵，進而構(gòu)成超弱光纖光柵陣列，可以極大的提高有效傳感單元的密度。此外，在超弱光纖光柵引入波分復用技術(shù)，可以進一步提高傳感密度，這為開展應變陣列的傳感提供了堅實的物理基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容