CN203642880U - 一种监测边坡内部变形的光纤光栅分布式位移传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种监测边坡内部变形的光纤光栅分布式位移传感器，包括两个测斜管、测斜管连接头以及光纤光栅，所述测斜管连接头的两端分别连接两个测斜管的一端，所述光纤光栅位于测斜管连接头的内表面；所述测斜管连接头上下两端均设有光纤保护固定座；所述测斜管内表面设有两个沿圆周方向互成180°布置的传输光纤。本实用新型的有益效果为：光纤光栅粘贴在长度较短的测斜管连接头上，安装方便，易于运输，光纤光栅不容易损坏；光纤光栅粘贴在测斜管连接头的内部，传感器的成活率能够得到保证；采用差动的方式来测量测斜管的曲率，具有温度补偿功能，消除了温度变化对测量结果的影响，同时提高了测量灵敏度。

Description

一种监测边坡内部变形的光纤光栅分布式位移传感器

技术领域

本实用新型涉及一种监测边坡内部变形的光纤光栅分布式位移传感器。

背景技术

我国幅员辽阔，气候环境多变、地质构造复杂、新构造运动极为强烈，滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害频繁发生，对铁路、公路等交通安全、人民生命及国家财产造成了严重危害和巨大损失。地质灾害多表现为突发性和灾难性，特别是高陡边坡的滑坡和崩塌，更是难以预测。因此，迫切需要对危险边坡进行长期安全监测，对边坡稳定性进行实时监控与预警，以减少事故的发生。

传统的机械式或电测式的钻孔测斜仪、多点位移计被广泛应用于边坡内部变形的测量和监测中，但大多存在操作繁琐、怕潮湿、寿命短、成本高、信号传输距离短、可靠性差，不适合边坡的长期在线监测，难以满足现阶段边坡工程安全监测的需要。光纤光栅传感器采用光纤作为传感和传输介质，具有无源无电、不受电磁干扰、耐久性好、信号传输距离远、可复用实现多点分布式测量等一系列突出优点，能够很好地满足边坡长期安全监测的要求，对边坡内部变形进行多点分布式的远程在线监测，并可以与各种管理系统及应急监视处理系统联网。

文献“高陡边坡深部变形的光纤传感监测试验研究”（参看文献《三峡大学学报》，2001年2月，23卷第1期）提出了一种基于光纤传感的滑坡监测方法，将光纤埋入测斜仪金属导管和钻孔孔壁之间的地下深处，通过灌浆使其凝成一个整体，当地下深部发生变形时，会挤压埋有光纤的砂浆体使其产生相应变形，光纤会产生微弯，通过光时域反射技术对光纤的测量信号进行检测分析，进而对边坡深部变形进行判断和定位。这是一种靠光强信号检测的方法，易受光源波动影响，测量可靠性差。专利号为CN200920198289.7的中国专利“光纤布拉格光栅串式多点位移传感器”，是将若干个通过连接件首尾串接的光栅位移传感器软连接起来，形成串式多点位移传感器，该传感器主要应用于桥梁伸缩缝位移监测、桥梁阻尼器伸缩位移监测及道路路基沉降监测等，不适合应用于边坡内部位移测量。文献“基于光纤光栅传感技术的边坡原位测斜及稳定性评估方法” （《岩石力学与工程学报》，2010年10月，29卷第8期）提出用光纤光栅传感技术测量边坡内部位移的方法，将多个光纤光栅串接组成的光纤光栅串粘贴在测斜管上相隔180°的两个外凹槽内，根据光纤光栅的波长变化可得到测斜管上相应各点的应变大小，通过弯曲理论和差分算法计算测斜管的弯曲变形情况，从而得到边坡内部各点的位移，该方法测量精度高，但是该方法没有考虑运输、搬运和安装施工过程中的实际问题，操作困难，光纤容易折断。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种监测边坡内部变形的光纤光栅分布式位移传感器，以克服现有技术存在的上述不足。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：

一种监测边坡内部变形的光纤光栅分布式位移传感器，包括两个测斜管、测斜管连接头以及光纤光栅，所述测斜管连接头的两端分别连接两个测斜管的一端，所述光纤光栅位于测斜管连接头的内表面；所述测斜管连接头上下两端均设有光纤保护固定座；所述测斜管内表面设有两个沿圆周方向互成180°布置的传输光纤。

进一步的，所述测斜管连接头位于测斜管的内部。

进一步的，所述测斜管连接头内部有两个光纤光栅，两个光纤光栅沿圆周方向互成180°布置。

进一步的，所述测斜管连接头与测斜管之间以及光纤保护固定座与测斜管连接头之间分别通过螺丝固定。

进一步的，所述光纤光栅通过胶黏剂与测斜管连接头连接。

本实用新型的有益效果为：1、光纤光栅粘贴在长度较短的测斜管连接头上，而不是粘贴在测斜管上，安装方便，易于运输，光纤光栅不容易损坏；

2、光纤光栅粘贴在测斜管连接头的内部，在埋入岩土过程中，光纤光栅和连接光缆都得到了很好的保护，传感器的成活率能够得到保证；

3、采用差动的方式来测量测斜管的曲率，具有温度补偿功能，消除了温度变化对测量结果的影响，同时提高了测量灵敏度。

附图说明

下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型实施例所述的测斜管连接头的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本实用新型实施例所述的监测边坡内部变形的光纤光栅分布式位移传感器的结构示意图；

图4是本实用新型实施例所述的监测边坡内部变形的光纤光栅分布式位移传感器的剖视图。

图中：

1、测斜管连接头；2、光纤光栅；3、光纤保护固定座；4、测斜管；5、传输光纤；6、螺丝。

具体实施方式

如图1-4所示，本实用新型实施例所述的一种监测边坡内部变形的光纤光栅分布式位移传感器，包括两个测斜管4、测斜管连接头1以及光纤光栅2，所述测斜管连接头1的两端分别连接两个测斜管4的一端，所述光纤光栅2位于测斜管连接头1的内表面；所述测斜管连接头1上下两端均设有光纤保护固定座3；所述测斜管4内表面设有两个沿圆周方向互成180°布置的传输光纤5；所述测斜管连接头1位于测斜管4的内部；所述测斜管连接头1内部有两个光纤光栅2，两个光纤光栅2沿圆周方向互成180°布置；所述测斜管连接头1与测斜管4之间以及光纤保护固定座3与测斜管连接头1之间均通过螺丝6固定；所述光纤光栅2通过胶黏剂与测斜管连接头1连接。

具体使用时，使用测斜管连接头1可将若干测斜管6连接起来，测斜管连接头1内部粘贴的光纤光栅2的尾纤穿过光纤保护固定座3及测斜管4依次串接成两路，最后与外接光缆连接。连接成一定长度的测斜管4埋入到岩土内部，用于测量岩土内部变形情况。每个嵌入光纤光栅2的测斜管连接头1可以称为一个曲率测量单元。“曲率测量单元”（参见图1）由测斜管连接头1、光纤光栅2和光纤保护固定座3组成。在“曲率测量单元”结构中，两个光纤光栅2分别通过胶黏剂粘贴在测斜管连接头1的内表面，沿圆周方向互成180度角；光纤保护固定座3通过螺丝6固定于测斜管连接头1，用于固定连接光纤外保护套管。

本实用新型具体实施方案分两个步骤（参见图3和图4），首先根据边坡内部测量距离和每根测斜管长度选择合适数量的测斜管连接头1，然后将这些测斜管连接头1内部的两个光纤光栅2分别依次熔接成两路，串接光纤长度根据测斜管长度选定。测斜管4之间的传输光纤5用保护套管保护，保护套管固定于光纤保护固定座3。第二步，将测斜管4穿过连接好的测斜管连接头1，通过测斜管连接头1将测斜管4连接成一定长度，测斜管连接头1和测斜管4之间通过螺丝6固定，然后竖直方向埋入边坡内部。此时，测斜管埋入边坡必须保证测斜管连接头1内部两个相对光纤光栅2的连线方向与边坡的上下方向一致。不过与传统的测斜管连接方法所不同的是：这里使用的测斜管连接头1插入到两端测斜管4内部（参见图3和图4），有利于对传输光纤5的保护。当边坡发生移动式，边坡内部的变形会挤压测斜管使其弯曲变形，粘贴在测斜管连接头1内部的光纤光栅2会受到拉伸或压缩，导致光纤光栅2反射波长的变化，通过检测各光纤光栅2波长变化可以得到测斜管4弯曲的曲率大小，根据弯曲理论和相应的曲线拟合算法就可以获得PVC测斜管的弯曲变形情况，从而得到边坡内部相应各点的位移信息，实现对边坡内部变形的监测。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种监测边坡内部变形的光纤光栅分布式位移传感器，包括两个测斜管（4）、测斜管连接头（1）以及光纤光栅（2），其特征在于：所述测斜管连接头（1）的两端分别连接两个测斜管（4）的一端，所述光纤光栅（2）位于测斜管连接头（1）的内表面；所述测斜管连接头（1）上、下两端均设有光纤保护固定座（3）；所述测斜管（4）内表面设有两个沿圆周方向互成180°布置的传输光纤（5）。

2.根据权利要求1所述的监测边坡内部变形的光纤光栅分布式位移传感器，其特征在于：所述测斜管连接头（1）位于测斜管（4）的内部。

3.根据权利要求2所述的监测边坡内部变形的光纤光栅分布式位移传感器，其特征在于：所述测斜管连接头（1）内部有两个光纤光栅（2），两个光纤光栅（2）沿圆周方向互成180°布置。

4.根据权利要求3所述的监测边坡内部变形的光纤光栅分布式位移传感器，其特征在于：所述测斜管连接头（1）与测斜管（4）之间以及光纤保护固定座（3）与测斜管连接头（1）之间分别通过螺丝（6）固定。

5.根据权利要求4所述的监测边坡内部变形的光纤光栅分布式位移传感器，其特征在于：所述光纤光栅（2）通过胶黏剂与测斜管连接头（1）连接。

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