[發明專利]基于塑料光纖光時域反射的土體位移矢量監測裝置及方法

在審

• 申請號: 202310079425.5
• 申請日: 2023-01-20
• 公開（公告）號: CN115962721A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 鄭勇;余潔;郭德平;楊超;曾彬;錢劍;張增;邱月
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/16;G01D5/353
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 胡博文

本發明公開了一種基于塑料光纖光時域反射的土體位移矢量監測裝置及方法，包括設置于監測區域的柔性圓管、設置于柔性圓管內的空心圓柱筒以及塑料光纖；所述空心圓柱筒內注入有液體；所述塑料光纖沿空心圓柱筒的高度方向設置于空心圓柱筒內壁；所述塑料光纖沿長度方向設置有均勻分布的刻槽；所述塑料光纖的一端與信號解調器的信號輸入端連接，所述信號解調器輸出位移矢量信息。本發明能夠實時準確測量土體滑移量的大小，且能夠判斷出潛在的滑移方向。

技術領域

本發明涉及土體監測領域，具體涉及一種基于塑料光纖光時域反射的土體位移矢量監測裝置及方法。

背景技術

土體內部位移是反應邊坡或基坑穩定狀態的重要參數，目前，對于土體內部位移的監測，有的是依靠人工借助沉降裝置并通過探頭進行測量監測，有的是通過改進監測裝置進行位移的監測測量，但是這些監測方式，要么是工作量大，監測效率低，要么是測量精度差，適用范圍小，且容易受電磁干擾，復用能力有限；同時，這些現有的監測方式，只能監測滑移量大小，對于滑移方向的判斷卻無能為力。

因此，需要一種基于塑料光纖光時域反射的土體位移矢量監測裝置及方法，能夠解決以上問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是克服現有技術中的缺陷，提供基于塑料光纖光時域反射的土體位移矢量監測裝置及方法，能夠實時準確測量土體滑移量的大小，且能夠判斷出潛在的滑移方向。

本發明的基于塑料光纖光時域反射的土體位移矢量監測裝置，包括設置于監測區域的柔性圓管、設置于柔性圓管內的空心圓柱筒以及塑料光纖；

所述空心圓柱筒內注入有液體；所述塑料光纖沿空心圓柱筒的高度方向設置于空心圓柱筒內壁；所述塑料光纖沿長度方向設置有均勻分布的刻槽；所述塑料光纖的一端與信號解調器的信號輸入端連接，所述信號解調器輸出位移矢量信息。

進一步，所述塑料光纖為三根，三根塑料光纖依次連接。

進一步，三根塑料光纖在空心圓柱筒底面的投影為三個點，將三個點依次連接形成一個三角形。

進一步，所述三角形為等腰三角形。

進一步，所述刻槽浸沒在液體中。

進一步，所述刻槽為V型或U型。

一種基于塑料光纖光時域反射的土體位移矢量監測方法，包括如下步驟：

將三根塑料光纖與液體表面的交點標記為A’、B’以及C’；

確定土體變形后A’、B’以及C’的坐標；

確定A’、B’以及C’所構成平面的法向量；

根據法向量，計算液體表面的傾斜方位角；

通過傾斜方位角，計算土體的變形量。

進一步，確定土體變形后A’、B’以及C’的坐標，具體包括：

以空心圓柱筒的底面中心為原點，以空心圓柱筒的底面作為XOY平面，以過所述原點垂直于空心圓柱筒底面的坐標軸為Z軸，形成XYZ三維空間直角坐標系；

基于XYZ三維坐標系，計算得到土體變形后A’坐標為(-a,0,b₁)，土體變形后B’坐標為(0,-a,b₂)，土體變形后C’坐標為(a,0,b₃)；其中，a為空心圓柱筒的內徑；并根據如下公式確定參數b₁、b₂、以及b₃：

(b₁,b₂,b₃)＝K(I₁,I₂,I₃)；