復(fù)雜環(huán)境下堤壩浸潤線分布式光纖感知系統(tǒng)及運行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)雜環(huán)境下堤壩浸潤線分布式光纖感知系統(tǒng)及運行方法，屬于水工程安全感知系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]實現(xiàn)水工程滲流性態(tài)的實時高效監(jiān)測，對保障其安全服役具有極為重大的意義，特別對于土石壩、堤防等土石散粒結(jié)構(gòu)物，滲流問題及其影響更加突出，尤其需要加強滲流性態(tài)的高效感知以及時發(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際工程應(yīng)用中，由于工作環(huán)境、結(jié)構(gòu)特點等的特殊性，許多技術(shù)問題尚待解決和改進。
[0003]對于堤壩浸潤線的感知，傳統(tǒng)技術(shù)普遍存在精度不高、抗電磁干擾能力差、無法實現(xiàn)分布式監(jiān)測、使用壽命短、體積大、引線多、親和性差等眾多不足。對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線分布式光纖感知理論，在實際應(yīng)用推廣方面更是缺少必要的監(jiān)測手段及技術(shù)，急切需要從水工程滲流監(jiān)測特點和特殊工作環(huán)境出發(fā)，研制一種理論簡單、實用化強、便于長久使用的浸潤線光纖感知系統(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)境下堤壩浸潤線分布式光纖感知系統(tǒng)及運行方法，具有工作效率高、可遠(yuǎn)程大范圍感知、引線少、親和性好等特點，可實現(xiàn)不同高程向土體的原地含水量監(jiān)測，感知該區(qū)域的浸潤線。
[0005]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的復(fù)雜環(huán)境下堤壩浸潤線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)連裝置通過第一端口臺與內(nèi)框體裝置進行連接，內(nèi)框體裝置與輸出端導(dǎo)連裝置通過第二端口臺連接，內(nèi)框體裝置與外配體裝置通過橫向?qū)U進行連接；
[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壓頭過渡端與導(dǎo)氣柱密閉形成凹形容氣槽，夕卜部氣體通過導(dǎo)氣柱外面的導(dǎo)氣口進入，導(dǎo)氣柱的末端為錐形氣道，錐形氣道與儲氣槽連通，儲氣槽中設(shè)有貫穿儲氣道的第一導(dǎo)纖橫道，第一導(dǎo)纖橫道中穿過傳感光纖的輸入端，通過外部氣體的壓力將錐形氣道推開，將外部氣體導(dǎo)入到儲氣槽中，儲氣槽通過內(nèi)充氣體將第一導(dǎo)纖橫道進行壓緊，通過手柄與排氣道對壓緊的程度進行調(diào)節(jié);所述載纖連通模塊包含外硬護層，外硬護層內(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第二導(dǎo)纖橫道進入內(nèi)框體中；
[0007]所述內(nèi)框體裝置包含豎承載臺、中連柱、載纖軸、外圓載壁與傳感光纖，在豎承載臺和中連柱上設(shè)有若干個載纖軸，傳感光纖通過分布于豎承載臺與中連柱上的載纖軸進行“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柄和旋動桿，旋動柄與旋動桿連接，旋動柄的轉(zhuǎn)動可帶動旋動桿的轉(zhuǎn)動，旋動桿穿過圓球軸與連接椎體相連接，旋動桿與連接椎體螺紋連接，圓球軸與固定在第二端口臺的框定桿連接，第二端口臺固定在豎承載臺上，連接椎體與T型橫軌連接，連接椎體的上下移動帶動T型橫軌的上下運行;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)，通過載纖軸的牽引將傳感光纖過渡至導(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位于豎承載臺上，導(dǎo)桿螺頭與導(dǎo)桿螺栓將開展梁固定于橫向?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，且在橫向?qū)U開設(shè)有纜線通過的通道，所述機電組配模塊包含電機箱，纜線與電機箱連接，電機箱帶動旋轉(zhuǎn)滾軸高速旋轉(zhuǎn)，進而帶動與旋轉(zhuǎn)滾軸連接的半圓轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動。
[0010]作為優(yōu)選，所述豎承載臺的外側(cè)布設(shè)有多個圓孔，載入端導(dǎo)連裝置和輸出端導(dǎo)連裝置通過端口耳柄固定在圓孔中。
[0011]作為優(yōu)選，所述豎承載臺平行于中連柱且與外圓載壁相切布設(shè)。
[0012]作為優(yōu)選，以中連柱為對稱軸布設(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)境下堤壩浸潤線分布式光纖感知系統(tǒng)的運行方法，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上，同時，將載纖軸分別安裝到第一端口臺與第二端口臺上，且在第一端口臺與第二端口臺中間位置處需再安裝一個載纖軸，在中連柱上同樣安裝兩個載纖軸；
[0015]第二步，打開弧形壓頭及壓頭過渡端，將傳感光纖的輸入端通過第一導(dǎo)纖橫道與第二導(dǎo)纖橫道引至內(nèi)框體裝置中，通過第一端口臺上的載纖軸將傳感光纖引至中連柱中，后將傳感光纖以“S”型布置于豎承載臺與中連柱之間，在輸出端導(dǎo)連裝置處通過第二端口臺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中，且通過框定桿將第二端口臺與連接椎體連接，通過轉(zhuǎn)動旋動柄進而帶動旋動桿的上下運動，旋動桿的上下運動帶動了 T型橫軌的上下運行，T型橫軌會壓緊到傳感光纖的輸出端所通過的導(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中，且通過纜線來控制電機箱的啟動，后控制旋轉(zhuǎn)滾軸的速度來控制半圓轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速，進而控制取樣速度，實現(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外界應(yīng)力的干擾狀態(tài)，通過解調(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時刻下，通過溫度解調(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T時間之后再次進行同樣的監(jiān)測，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(1'-0時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)的進行監(jiān)測，獲取9d與土體含水率b之間的關(guān)系，通過擬合分析構(gòu)建出不同土體下9d = f(b)函數(shù)關(guān)系式，進而確定該處浸潤線所通過的位置，最后獲取斷面浸潤線及堤壩浸潤面。
[0019]有益效果:本發(fā)明的復(fù)雜環(huán)境下堤壩浸潤線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)，實現(xiàn)了變高程向的待測堤壩原地含水量監(jiān)測，通過構(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?zāi)Ｐ?，實現(xiàn)了堤壩浸潤線的實時感知，較好解決了依靠分布式光纖傳感技術(shù)實現(xiàn)堤壩浸潤線監(jiān)測的技術(shù)難題。
【附圖說明】
[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-開展梁、101-橫向?qū)U、102-載纖盤、103-載纖箱、104-豎承載臺、105-傳感光纖輸入端、106-傳感光纖輸出端、107-纜線、