涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統(tǒng)及監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種涉水結構隱患的定位和定向，具體涉及一種涉水結構物滲漏無熱 源光纖定位定向系統(tǒng)及監(jiān)測方法。
【背景技術】
[0002] 滲流是影響水工、海工以及地下工程等中涉水結構物安全長效服役的重要因素和 突出病害，尤其對于土石壩、堤防等土石結構物，大量破壞甚至失事是由于程度不同的滲漏 及滲漏衍生的各種問題所致，據(jù)統(tǒng)計，我國堤防潰決90%以上、土石壩工程中超過三分之一 破壞緣于滲漏。研發(fā)先進實用的滲漏定位與定向儀器、裝置和辨識方法，可靠探測涉水結構 物內滲漏發(fā)生的位置、范圍、方向以及大小，及時采取有效的防滲抗?jié)B措施，對保障工程安 全具有極其重要的意義。
[0003] 目前對于涉水結構物滲漏定位與定向監(jiān)測，多借助點式滲流傳感器，但由于測點 有限，常出現(xiàn)漏檢情況，且傳統(tǒng)滲流傳感器多存在體積大、引線多、親和性差等不足。隨著分 布式光纖傳感監(jiān)測技術的發(fā)展，研發(fā)可用于涉水結構物滲漏位置和方向的分布式光纖辨識 裝置及方法，日益引起工程界和科技工作者的關注與投入。但國內外已有的分布式光纖測 滲技術，多需借助外設熱源對待測光纖給予加熱，若在加熱中發(fā)生外包裝層破損或者漏電 等情況，將對操作人員的人身安全造成威脅，且影響監(jiān)測結果；另外，在涉水結構物服役環(huán) 境中，外設電流加熱系統(tǒng)常難于保證，極大阻礙了該技術在實際工程中的應用和推廣。

【發(fā)明內容】

[0004] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種涉水結構物滲漏無 熱源光纖定位定向系統(tǒng)及監(jiān)測方法，具有無需加熱、分布式、多向性、同步性等特點，在降低 監(jiān)測成本、提升監(jiān)測精度及工程實用化等方面具有突出優(yōu)勢。
[0005] 技術方案：為解決上述技術問題，本發(fā)明的一種涉水結構物滲漏無熱源光纖定位 定向系統(tǒng)，包括若干個通過旋轉支架連接的滲流監(jiān)測裝置，所述滲流監(jiān)測裝置包含前后對 稱分布的第一滲流監(jiān)測單元和左右對稱分布的第二滲流監(jiān)測單元；
[0006] 所述第一滲流監(jiān)測單元包含固定監(jiān)測光纖單元的第一載纖凹道，第一載纖凹道外 設有載纖護層，第一載纖凹道兩端分別設有左載纖端和右載纖端，左載纖端通過左連柄與 左連球連接，右載纖端通過右連柄與右連球連接，左連球和右連球鉸接在橫梁支架兩端，橫 梁支架向左右兩側延伸有左銷軸和右銷軸；
[0007] 所述第二滲流監(jiān)測單元包含固定監(jiān)測光纖單元的第二載纖凹道，第二載纖凹道的 兩端分別設有上載纖弧端和下載纖弧端，上載纖弧端通過上弧形連柄與上連軸球連接，下 載纖弧端通過下弧形連柄與下連軸球連接，上連軸球和下連軸球鉸接在山形端梁的兩端， 山形端梁上延伸有山形凸柱，山形凸柱內設有與左銷軸和右銷軸配合的圓錐孔；
[0008] 所述旋轉支架包含第一支撐架構柱和第二支撐架構柱，所述第一支撐架構柱一端 與橫梁支架連接，另一端與底圓轉臺連接，底圓轉臺上安裝有上圓轉臺，第二支撐架構柱一 端與另一個滲流監(jiān)測裝置的橫梁支架連接，另一端插入到上圓轉臺中，底圓轉臺和上圓轉 臺中心安裝有通底豎梁，第一支撐架構柱和第二支撐架構柱可分別繞通底豎梁轉動，通底 豎梁上下端設有轉臺圓槽用于將通底豎梁封閉。
[0009] 作為優(yōu)選，所述橫梁支架包含上水平橫梁和與上水平橫梁連接的下水平橫梁，上 水平橫梁和下水平橫梁的兩端分別延伸左架構梁和右架構梁，上水平橫梁和下水平橫梁的 左架構梁和右架構梁分別與左連球和右連球鉸接，上水平橫梁和下水平橫梁的中部分別設 有上端槽和下端槽，上端槽與第一支撐架構柱連接，下端槽與另一個旋轉支架的第一支撐 架構柱連接。
[0010] 作為優(yōu)選，所述上水平橫梁設有T型狀橫梁卡槽，下水平橫梁設有沿T型狀橫梁卡 槽運動的橫梁凸臺。
[0011] 作為優(yōu)選，所述監(jiān)測光纖單元包含一根滲流測量光纖和兩根標定光纖，兩根標定 光纖位于滲流測量光纖的兩側，滲流測量光纖外套有硬質鋼圈，標定光纖從內到外依次套 有絕熱隔層和硬質護層，滲流測量光纖外設有依次連接的上凹邊內層、左凸邊內層、下凹邊 內層和右凸邊內層，上凹邊內層外依次設有上凹邊中層和上凹邊外層，左凸邊內層外依次 設有左凸邊中層和左凸邊外層，下凹邊內層外依次設有下凹邊中層和下凹邊外層，右凸邊 內層外依次設有右凸邊中層和右凸邊外層。凹形結構的最底端將極容易匯集周邊區(qū)域可能 的滲流水體，放大了小滲流的作用效果，與最底端的滲析棒配套使用，大大提高了對微弱滲 漏或初期滲漏的辨識能力，該弧形截面結構將最大程度地擴大滲流區(qū)域滲流水體在滲流測 量光纖上的停留時間及接觸面積，對于待測區(qū)滲流位置的定位具有較高的精度保證作用； 除此之外，上凹邊外層具有防滲、防腐性能，且設計了與其截面形狀類似的上凹邊中層與上 凹邊內層緊接，三層凹狀設計結構提高了本滲流監(jiān)測專用光纜的強度及韌性，可起到保護 內部結構及延長使用壽命等效果。其中硬質護層在絕熱隔層的外部，絕熱隔層內側與標定 光纖接觸，在滲流水體作用到待測區(qū)域時，在絕熱隔層的作用下標定光線處于與外界無任 何熱量接觸的狀態(tài)，其將作為參考標定用光纖，對稱分布布置的另一個標定光纖可以對參 考標定用光纖的結果進行二次校正，其將最大程度地確保參考標準的客觀準確性。左凸邊 外層和右凸邊外層與凹邊外層相反的凸邊結構，該相反的對應設計大大增加了滲流專用光 纜的截面積，提高了監(jiān)測裝置與待測結構體之間更密實的接觸與連接，增強了監(jiān)測裝置與 待測結構體的協(xié)同性，且將其布置成左右各三層結構，作用之一是為了增加標定光纖處的 隔層厚度，且材料強度及韌性由內到外不斷增加，不但提高了其內部與標定光纖的柔性過 渡連接，還增加了抵抗外部的較大滲流水壓力的作用，左凸邊外層和右凸邊外層具有抗腐 蝕性能，提高了其與滲流水體長期共存的能力，在可能摻雜腐蝕性離子的復雜環(huán)境下，其滲 流監(jiān)測具有較好功效。
[0012] 作為優(yōu)選，所述滲流測量光纖兩邊分別與上滲析棒和下滲析棒連接，上滲析棒依 次穿過硬質鋼圈、上凹邊內層、上凹邊中層和上凹邊外層與外界滲漏水流相接觸，下滲析棒 依次穿過硬質鋼圈、下凹邊內層、下凹邊中層和下凹邊外層與外界滲漏水流相接觸。
[0013] 作為優(yōu)選，所述監(jiān)測光纖單元外安裝有外圓護壁，所述外圓護壁包含左上外圓護 壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁，左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓 護壁和右下外圓護壁形成了凹凸型載纖腔，監(jiān)測光纖單元位于凹凸型載纖腔內，左上外圓 護壁和右上外圓護壁之間通過上載纖扣鎖緊，左下外圓護壁和右下外圓護壁通過下載纖扣 鎖緊，左上外圓護壁和左下外圓護壁分別繞左圓轉環(huán)轉動，右上外圓護壁和右下外圓護壁 分別繞右圓轉環(huán)轉動。外圓護壁的近似圓形截面將凹凸設計的監(jiān)測光纖單元中凹處部分進 行二次補充，將布置于內部的滲流專用光纜組成一個外截面近似圓形的結構，彌補了其獨 特結構所帶來的生產、運輸及布設中存在的可能弊端；外圓護壁可以繞著左圓轉環(huán)和右圓 轉環(huán)開啟，外圓護壁內部的凹凸型載纖腔可以將本發(fā)明的滲流專用光纜精密地嵌入到凹凸 型載纖腔內，外圓護壁頂部和底端的上載纖扣與下載纖扣將外圓護壁牢固閉合，防止外圓 護壁松動或者外界人為等其他因素的干擾；且外圓護壁與凹凸型載纖腔之間是空腔設計， 為可能的使用操作預留了空間。
[0014] 在本發(fā)明中，第一支撐架構柱與上水平橫梁中的上端槽或者下水平橫梁的下端槽 連接，第一支撐架構柱另一端與底圓轉臺相連，下旋轉螺紋端與底轉臺螺槽相連之后，其一 端的滲流監(jiān)測裝置可以圍繞著通底豎梁進行與另一端滲流監(jiān)測裝置無抵觸的360°無死角 自由轉動，上旋轉螺紋端的一端與其對應側的支撐架構柱相連，上旋轉螺紋端的另一端與 上轉臺螺槽相連，其可以帶動通過對應側鏈接螺紋端相連接的滲流監(jiān)測裝置繞著通底豎梁 在另一側做無干擾360°自由轉動；上圓轉臺與底圓轉臺上下錯動布置可以實現(xiàn)臨近裝置 互不干擾的運轉，可以對不同待測區(qū)域進行任意角度及坡度布置，上下轉臺圓槽的布置結 構將上圓轉臺與底圓轉臺牢固的固定于通底豎梁處。
[0015] 作為優(yōu)選，所述第二載纖凹道內表面安裝有滲漏網篩，滲漏網篩的表面為蜂窩狀。
[0016] 作為優(yōu)選，所述左銷軸和右銷軸上均設有一圈圓弧凹槽，山形凸柱上表面上設有 銷孔，銷孔內插入銷，通過銷插入圓弧凹槽固定左銷軸和右銷軸。
[0017] -種涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統(tǒng)的監(jiān)測方法，包括以下步驟：
[0018] 第一步，準備普通單模裸光纖數(shù)根，基于第一滲流監(jiān)測單元和第二滲流監(jiān)測單元 結構，配備制作成數(shù)根定長度的監(jiān)測光纖單元；
[0019] 第二步，繞著左圓轉環(huán)和右圓轉環(huán)將左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁 和右下外圓護壁打開，將監(jiān)測光纖單元安置到凹凸型載纖腔內，然后旋動左圓轉環(huán)和右圓 轉環(huán)將左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁合攏，利用上載纖扣和 下載纖扣將兩端分布的左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁扣合， 后將監(jiān)測光纖單元纏繞到監(jiān)測光纖單元滾輪上，運輸至滲流待監(jiān)測部位；
[0020] 第三步，調節(jié)上水平橫梁上的橫梁卡槽，將下水平橫梁中的橫梁凸槽沿著橫梁卡 槽直線滑動，最后將上水平橫梁與下水平橫梁旋在一起平行布置，后擰動左側的上下對稱 分布的左銷軸，將其插入在左側山形凸柱中的圓錐孔，然后將銷插入銷孔中固定左銷軸，同 樣方法，擰