[發明專利]一種基于光頻域反射技術的深部巖土體光纖測斜系統

在審

• 申請號: 202110582312.8
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113137928A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 陳海軍;王智猛;何建平;邱永平;褚宇光;李安洪;姚裕春;薛元;賴紫輝
• 申請（專利權）人: 中鐵二院工程集團有限責任公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/26;G01L1/24
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所(普通合伙) 51215
• 代理人: 王建國

一種基于光頻域反射技術的深部巖土體光纖測斜系統，以同時實現深部土體位移監測，而且溫度補償方便、系統集成簡單。包括光纖傾斜傳感單元、測斜管、光頻域反射解調模塊、有線或無線傳輸模塊和角度?位移計算模塊；多個光纖傾斜傳感單元分別固定安裝在測斜管內，光纖包括應變光纖和溫度信息光纖，應變光纖直接粘貼在等強度梁的表面上，光纖通過光纖傳輸線與光頻域反射解調模塊連接；光頻域反射解調模塊解調光纖傾斜傳感單元的應變信息和溫度信息，且通過有線或無線傳輸模塊傳輸至傾角?撓度計算模塊進行測斜管的位移計算，獲取深部巖土體位移數值。

技術領域

本發明屬于深部巖土體變形監測領域，具體涉及一種基于光頻域反射技術(OFDR)的深部巖土體光纖測斜系統。

背景技術

我國的高陡邊坡滑坡地質災害發生頻繁，尤其是西部山區，對當地居民和相關鐵路、公路交通設施造成了巨大的威脅。為保障居民人身財產安全及交通設施正常運營，在有滑坡風險的區域會設置諸如抗滑樁、擋土墻、錨桿等支擋結構。但是在降水、地質運動等不利因素的影響下，部分穩定的高陡邊坡也存在失穩的風險。深部巖土體位移是反映高陡邊坡穩定性的重要指標，同時深部巖土體位移對鐵路、公路等基建工程的施工及運營安全有重要影響。

目前，國內外對滑坡地質災害的監測手段主要分為地表和地下監測兩大類。

地表監測方法包括大地測量法，全球衛星定位系統法等，該方法不能反映巖土體的深部變形情況。

地下監測方法包括基于應變傳感器的內部應力測量法和內部傾斜測量法等。

基于應變傳感器的內部應力測量法應用比較多，主要是在測斜管上安裝點式應變片、光纖光柵或者基于光時域布里淵反射技術的分布式光纖，分別實現測斜管局部多點應變和分布式應變測量。該方法測量得到是巖土體變形導致測斜管的應力變化，通過測斜管在巖土體的變化情況，建立計算模型可以得到測斜管的應變-撓度關系。由于測斜管與巖土體全接觸，深部巖土體變形的位置和范圍不同，基于局部的應變測量值計算測斜管撓度，存在誤差較大的問題。

光纖布里淵分布式傳感技術雖然可以實現分布式測量，但是測量精度相對較低，同樣存在撓度計算精度不高的問題。

光頻域反射(OFDR)技術是近幾年發展起來的高精度短距離分布式光纖傳感技術，目前在實驗室取得了一些重要的成果。相對于基于分布式光纖布里淵技術來說，沿測斜管外表面布設基于OFDR技術的分布式光纖可以實現更高精度的應變和相應的撓度測量。考慮到內部應力測量法需要基于測斜管的計算模型將測量應變轉換成撓度，不能更為直觀的反應巖土體的位移量，故內部傾斜測量方法得到了更為廣泛的應用。

目前內部傾斜測量方法主要是在測斜管上安裝傾角傳感器實現測斜管的傾角測量，然后直接換算成撓度或位移。已有采用光纖光柵傾斜傳感器和電式傾斜傳感器開展測斜測量的應用。電式傾斜傳感器價格便宜，測量精度高，但是其耐久性差和系統集成相對較復雜。光纖光柵傾斜傳感器基于波分復用功能，可以在一根光纖上串聯多個傳感器，但是由于巖土體位移變形量大小和位置不確定，可能會導致串聯的光纖光柵傾斜傳感器存在波長重合的問題；同時由于光纖光柵的量程只有6000～8000με，對光纖光柵傾斜傳感器的量程或尺寸有一定的約束。

目前未有見采用基于OFDR技術研發多點光纖傾斜傳感器開展深部巖土體測量的報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于光頻域反射技術的深部巖土體光纖測斜系統，以同時實現深部土體位移監測，而且溫度補償方便、系統集成簡單。

本發明解決上述技術方案所采取的技術方案如下：