[发明专利]一种水工结构变形分布式光纤监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水工结构变形分布式光纤监测装置的监测方法，属于建筑领域。

背景技术

穿堤、水闸等水工结构物在运行中常出现不均匀沉降等病害，对建筑物的安全及正常使用造成不利影响，甚至导致建筑物破坏或失事。通过布设监测仪器或装置，实时获取区域变形信息，合理分析区域变形空间与时间变化规律，及时发现区域变形(特别是不均匀变形)异常状况，以科学采取防范或控制措施，对保障水工结构物安全服役具有重要意义。

目前，常规水工结构变形监测装置多存在施工布设困难、可重复利用率低、不易检修维护、耐久性差、精度低、易受电磁环境干扰等不足。光纤传感器具有抗辐射、耐腐蚀等特点，应用于不均匀变形病害监测具有明显的优势；但从光纤变形监测的现状来讲，分布式实时监测方式是当前研究和应用热点，但技术本身和工程实用性方面尚不成熟，利用光纤中瑞利散射和菲涅尔反射、布里渊散射的变化，理论上不仅可以准确定位不均匀变形病害，且可以给出不均匀变形病害的定量描述；但上述目标的实现过程中，光纤的布设极其考究，尤其回路设置更是困难。从最新的光纤技术领域上看，美国Luna Technology公司的ODiSI(Optical Distributed Sensor Interrogator)分布式光纤传感系统可以实现mm级空间分辨率，但是最大传感长度只有50m，且实际应用中受到多因素干扰，其有效监测长度及分辨率会降低；日本NBX公司利用PPP-BOTDA技术生产的光纳仪，有效空间分辨率可提高到cm级，但需要光纤回路布设，致使其很难直接应用于实际工程的不均匀变形监测。本发明技术可在保证现有分布式光纤最大监测距离(25km范围内)的情况下，将空间分辨率提高到mm级。

为了充分利用现有技术监测水工结构不均匀变形，使监测设备获得较高的初始精度、较大的测量量程，本发明将传统监测技术与光纤传感技术相结合，借鉴传统监测技术直观、简单的优点，避开其布设困难、利用率低、无法检修维护、受电磁环境干扰等不利弊端，结合当前光纤传感技术所具有的分布式、高精度、实时性、多复杂环境应用的优势，构建可共载两种技术的应用平台，设置两种技术的共享信息融合的设备构件，实现水工结构不均匀变形mm级精度的有效监测和应用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种水工结构变形分布式光纤监测装置的监测方法，创造性地搭建可以融合新旧技术的集成平台，具有可重复的使用、极为方便的安装及实时的检测与维护等优势及分布式、微宏观、实时性、复杂环境高适应性等特点。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种水工结构变形分布式光纤监测装置，包括通底竖井，所述通底竖井内安装有变位台，变位台上的两侧对称的安装有钻头驱动装置，钻头驱动装置与锥形钻头连接；变位台两侧的钻头驱动装置分别与升降绳连接，升降绳缠绕在收线盘上，收线盘安装在齿轮轴上，齿轮轴上的齿轮与转动齿轮啮合，转动齿轮由电机驱动；变位台中部与一对对称安装的弹簧的一端连接，弹簧的另一端与竖向测尺铰接，竖向测尺穿过刻度台，刻度台位于设置在通底竖井上的横梁，两个弹簧之间设有光纤挂桶，光纤挂桶的底端与变位台连接，光纤挂桶内安装有波状回路光纤，波状回路光纤上设有光纤扣，波状回路光纤的输入端安装有光波发射器，波状回路光纤的输出端安装有光波采集器。

作为优选，所述升降绳上设有刻度。

作为优选，所述通底竖井的上端面设有水平仪。

作为优选，所述变位台的下方设有护底凸台。

作为优选，所述变位台下方设有压缩弹簧。

一种水工结构变形分布式光纤监测装置的监测方法，包括以下步骤：

第1步，空载下，将升降绳完全松开，将变位台及其所承载的部件放松到通底竖井的最底端，让护底凸台接触到通底竖井的底面，测试拉压弹簧及竖向测尺的工作状态，用光波发射器、光波采集器监测波状回路光纤工作性态，待上述工序完成之后，未发现异常情况下，将各部件恢复到原初始位置；

第2步，在土石结合区域中，开挖与通底竖井形状结构类似的凹槽，通过水平仪调整通底竖井与土石结合区域间的平衡，通过电机驱动升降绳下放锥形钻头、变位台及护底凸台，在下降到指定位置后，通过查看升降绳上的刻度，使得变位台两边升降绳的长度一样长，使变位台、锥形钻头处于水平平衡位置，将事先安装好的拉压弹簧与刻度台上的竖向测尺铰接，将已经安装到光纤挂桶的波状回路光纤引出到光波发射器及光波采集器处；

第3步，通过钻头驱动装置推动锥形钻头从通底竖井穿出，最终将锥形钻头不断深入通底竖井周围的土石结合区域内；