復(fù)雜環(huán)境下堤壩浸潤(rùn)線(xiàn)分布式光纖感知系統(tǒng)及運(yùn)行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)雜環(huán)境下堤壩浸潤(rùn)線(xiàn)分布式光纖感知系統(tǒng)及運(yùn)行方法，屬于水工程安全感知系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)現(xiàn)水工程滲流性態(tài)的實(shí)時(shí)高效監(jiān)測(cè)，對(duì)保障其安全服役具有極為重大的意義，特別對(duì)于土石壩、堤防等土石散粒結(jié)構(gòu)物，滲流問(wèn)題及其影響更加突出，尤其需要加強(qiáng)滲流性態(tài)的高效感知以及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患。光纖傳感技術(shù)作為一種多學(xué)科交叉的新型技術(shù)，由于其良好的力學(xué)性能及低廉的生產(chǎn)成本，在水工安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域獲得了極大的關(guān)注。隨著分布式光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，借助其獲取結(jié)構(gòu)性態(tài)信息、感知結(jié)構(gòu)健康狀況，已成為水利、土木等工程安全領(lǐng)域重要的研究方向，但在水工程滲流性態(tài)的分布式光纖感知實(shí)際工程應(yīng)用中，由于工作環(huán)境、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等的特殊性，許多技術(shù)問(wèn)題尚待解決和改進(jìn)。
[0003]對(duì)于堤壩浸潤(rùn)線(xiàn)的感知，傳統(tǒng)技術(shù)普遍存在精度不高、抗電磁干擾能力差、無(wú)法實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)測(cè)、使用壽命短、體積大、引線(xiàn)多、親和性差等眾多不足。對(duì)于較為新穎的光纖傳感技術(shù)而言，目前尚未建立成熟的浸潤(rùn)線(xiàn)分布式光纖感知理論，在實(shí)際應(yīng)用推廣方面更是缺少必要的監(jiān)測(cè)手段及技術(shù)，急切需要從水工程滲流監(jiān)測(cè)特點(diǎn)和特殊工作環(huán)境出發(fā)，研制一種理論簡(jiǎn)單、實(shí)用化強(qiáng)、便于長(zhǎng)久使用的浸潤(rùn)線(xiàn)光纖感知系統(tǒng)及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種復(fù)雜環(huán)境下堤壩浸潤(rùn)線(xiàn)分布式光纖感知系統(tǒng)及運(yùn)行方法，具有工作效率高、可遠(yuǎn)程大范圍感知、引線(xiàn)少、親和性好等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)不同高程向土體的原地含水量監(jiān)測(cè)，感知該區(qū)域的浸潤(rùn)線(xiàn)。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的復(fù)雜環(huán)境下堤壩浸潤(rùn)線(xiàn)分布式光纖感知系統(tǒng)，包括載入端導(dǎo)連裝置、內(nèi)框體裝置、輸出端導(dǎo)連裝置和外配體裝置，所述載入端導(dǎo)連裝置通過(guò)第一端口臺(tái)與內(nèi)框體裝置進(jìn)行連接，內(nèi)框體裝置與輸出端導(dǎo)連裝置通過(guò)第二端口臺(tái)連接，內(nèi)框體裝置與外配體裝置通過(guò)橫向?qū)U進(jìn)行連接；
[0006]所述載入端導(dǎo)連裝置包含氣壓鎖連模塊及載纖連通模塊，所述氣壓鎖連模塊包含中弧形壓頭和導(dǎo)氣柱，所述中弧形壓頭通過(guò)壓頭過(guò)渡端與導(dǎo)氣柱密閉形成凹形容氣槽，夕卜部氣體通過(guò)導(dǎo)氣柱外面的導(dǎo)氣口進(jìn)入，導(dǎo)氣柱的末端為錐形氣道，錐形氣道與儲(chǔ)氣槽連通，儲(chǔ)氣槽中設(shè)有貫穿儲(chǔ)氣道的第一導(dǎo)纖橫道，第一導(dǎo)纖橫道中穿過(guò)傳感光纖的輸入端，通過(guò)外部氣體的壓力將錐形氣道推開(kāi)，將外部氣體導(dǎo)入到儲(chǔ)氣槽中，儲(chǔ)氣槽通過(guò)內(nèi)充氣體將第一導(dǎo)纖橫道進(jìn)行壓緊，通過(guò)手柄與排氣道對(duì)壓緊的程度進(jìn)行調(diào)節(jié);所述載纖連通模塊包含外硬護(hù)層，外硬護(hù)層內(nèi)接內(nèi)軟連層，內(nèi)軟連層內(nèi)向緊貼第二導(dǎo)纖橫道，傳感光纖的輸入端穿過(guò)第二導(dǎo)纖橫道進(jìn)入內(nèi)框體中；
[0007]所述內(nèi)框體裝置包含豎承載臺(tái)、中連柱、載纖軸、外圓載壁與傳感光纖，在豎承載臺(tái)和中連柱上設(shè)有若干個(gè)載纖軸，傳感光纖通過(guò)分布于豎承載臺(tái)與中連柱上的載纖軸進(jìn)行“S”型布設(shè)，所述載纖軸為雙螺旋通道，可平行布設(shè)兩條傳感光纖，中連柱位于外圓載壁內(nèi)；
[0008]所述輸出端導(dǎo)連裝置包括了槽壓鎖緊模塊與載纖固定模塊，所述槽壓鎖緊模塊包含旋動(dòng)柄和旋動(dòng)桿，旋動(dòng)柄與旋動(dòng)桿連接，旋動(dòng)柄的轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)旋動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，旋動(dòng)桿穿過(guò)圓球軸與連接椎體相連接，旋動(dòng)桿與連接椎體螺紋連接，圓球軸與固定在第二端口臺(tái)的框定桿連接，第二端口臺(tái)固定在豎承載臺(tái)上，連接椎體與T型橫軌連接，連接椎體的上下移動(dòng)帶動(dòng)T型橫軌的上下運(yùn)行;所述載纖固定模塊包含導(dǎo)纖凹槽，導(dǎo)纖凹槽與T型橫軌平行布設(shè)，通過(guò)載纖軸的牽引將傳感光纖過(guò)渡至導(dǎo)纖凹槽中；
[0009]所述外配體裝置包括外框體模塊與機(jī)電組配模塊，所述外框體模塊包含導(dǎo)桿螺頭、導(dǎo)桿螺栓和橫向?qū)U，所述導(dǎo)桿螺頭和導(dǎo)桿螺栓安裝在橫向?qū)U上，橫向?qū)U位于豎承載臺(tái)上，導(dǎo)桿螺頭與導(dǎo)桿螺栓將開(kāi)展梁固定于橫向?qū)U上，所述橫向?qū)U的下底面上配備有載纖箱，載纖箱中放置有可承載傳感光纖輸入端和輸出端的載纖盤(pán)，且在橫向?qū)U開(kāi)設(shè)有纜線(xiàn)通過(guò)的通道，所述機(jī)電組配模塊包含電機(jī)箱，纜線(xiàn)與電機(jī)箱連接，電機(jī)箱帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)滾軸高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)與旋轉(zhuǎn)滾軸連接的半圓轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0010]作為優(yōu)選，所述豎承載臺(tái)的外側(cè)布設(shè)有多個(gè)圓孔，載入端導(dǎo)連裝置和輸出端導(dǎo)連裝置通過(guò)端口耳柄固定在圓孔中。
[0011]作為優(yōu)選，所述豎承載臺(tái)平行于中連柱且與外圓載壁相切布設(shè)。
[0012]作為優(yōu)選，以中連柱為對(duì)稱(chēng)軸布設(shè)有相同的載入端導(dǎo)連裝置、內(nèi)框體裝置、輸出端導(dǎo)連裝置與外配體裝置。
[0013]—種上述的復(fù)雜環(huán)境下堤壩浸潤(rùn)線(xiàn)分布式光纖感知系統(tǒng)的運(yùn)行方法，包括以下步驟:
[0014]第一步，確定傳感光纖需要布設(shè)的位置，將載入端導(dǎo)連裝置與輸出端導(dǎo)連裝置固定于豎承載臺(tái)上，同時(shí)，將載纖軸分別安裝到第一端口臺(tái)與第二端口臺(tái)上，且在第一端口臺(tái)與第二端口臺(tái)中間位置處需再安裝一個(gè)載纖軸，在中連柱上同樣安裝兩個(gè)載纖軸；
[0015]第二步，打開(kāi)弧形壓頭及壓頭過(guò)渡端，將傳感光纖的輸入端通過(guò)第一導(dǎo)纖橫道與第二導(dǎo)纖橫道引至內(nèi)框體裝置中，通過(guò)第一端口臺(tái)上的載纖軸將傳感光纖引至中連柱中，后將傳感光纖以“S”型布置于豎承載臺(tái)與中連柱之間，在輸出端導(dǎo)連裝置處通過(guò)第二端口臺(tái)上的載纖軸將傳感光纖的輸出端布設(shè)到導(dǎo)纖凹槽中；
[0016]第三步，將框定桿固定于第二端口臺(tái)中，且通過(guò)框定桿將第二端口臺(tái)與連接椎體連接，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)旋動(dòng)柄進(jìn)而帶動(dòng)旋動(dòng)桿的上下運(yùn)動(dòng)，旋動(dòng)桿的上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)了 T型橫軌的上下運(yùn)行，T型橫軌會(huì)壓緊到傳感光纖的輸出端所通過(guò)的導(dǎo)纖凹槽中；
[0017]第四步，將傳感光纖的輸出端與輸入端分別引至載纖盤(pán)中，且通過(guò)纜線(xiàn)來(lái)控制電機(jī)箱的啟動(dòng)，后控制旋轉(zhuǎn)滾軸的速度來(lái)控制半圓轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制取樣速度，實(shí)現(xiàn)原樣體取樣；
[0018]第五步，除了初始應(yīng)力之外，傳感光纖的輸出端與輸入端均處于無(wú)外界應(yīng)力的干擾狀態(tài)，通過(guò)解調(diào)分析將傳感光纖的輸出端與輸入端的溫度數(shù)值分別記錄為θ。^與0int，后將該時(shí)刻t下傳感光纖的輸出端與輸入端的平均溫度數(shù)值記錄為θ\=(θ^+θιη”/2，在t時(shí)刻下，通過(guò)溫度解調(diào)，內(nèi)框體裝置中傳感光纖的溫度數(shù)值記錄為θ\，在t時(shí)刻下，傳感光纖的輸出端與輸入端的平均溫度與內(nèi)框體裝置中傳感光纖的溫度差值表示為Qd= I (θοο^+θ^)/2-θ\ I;后經(jīng)過(guò)T時(shí)間之后再次進(jìn)行同樣的監(jiān)測(cè)，則傳感光纖的輸出端與輸入端處的傳感光纖的解調(diào)溫度值為9\=(0。1/+011/)/2，經(jīng)過(guò)(1'-0時(shí)間之后得出的傳感光纖的輸出端與輸入端與內(nèi)框體裝置中傳感光纖的溫度差值為:9d= I θτ?-( θ_τ+θιητ)/2，重復(fù)的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取9d與土體含水率b之間的關(guān)系，通過(guò)擬合分析構(gòu)建出不同土體下9d = f(b)函數(shù)關(guān)系式，進(jìn)而確定該處浸潤(rùn)線(xiàn)所通過(guò)的位置，最后獲取斷面浸潤(rùn)線(xiàn)及堤壩浸潤(rùn)面。
[0019]有益效果:本發(fā)明的復(fù)雜環(huán)境下堤壩浸潤(rùn)線(xiàn)分布式光纖感知系統(tǒng)，利用載入端導(dǎo)連裝置、內(nèi)框體裝置、輸出端導(dǎo)連裝置、外配體裝置的組合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了變高程向的待測(cè)堤壩原地含水量監(jiān)測(cè)，通過(guò)構(gòu)建傳感光纖輸出端、傳感光纖輸入端和內(nèi)框體裝置中傳感光纖的溫度差值與原地含水量之間的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?shí)現(xiàn)了堤壩浸潤(rùn)線(xiàn)的實(shí)時(shí)感知，較好解決了依靠分布式光纖傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)堤壩浸潤(rùn)線(xiàn)監(jiān)測(cè)的技術(shù)難題。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明的主結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖2為圖1的平面結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖3為本發(fā)明中輸出端導(dǎo)連裝置的平面結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖4為本發(fā)明中載入端導(dǎo)連裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖5為本發(fā)明中輸出端導(dǎo)連裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖6為圖1中半圓轉(zhuǎn)盤(pán)的平面結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖7為圖1中載纖軸的結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖8為圖1中導(dǎo)纖凹槽的結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖9為圖1中T型橫的結(jié)構(gòu)圖。
[0029]其中:100-開(kāi)展梁、101-橫向?qū)U、102-載纖盤(pán)、103-載纖箱、104-豎承載臺(tái)、105-傳感光纖輸入端、106-傳感光纖輸出端、107-纜線(xiàn)、