[发明专利]水工结构物及其基础渗流状况分布式光纤辨识系统与方法

权利要求书

1.一种水工结构物及其基础渗流状况分布式光纤辨识系统，其特征在于：包括垂直交错铺设于水工结构物及其基础渗流监测区中的自控热源测渗用特制单模光纤、与自控热源测渗用特制单模光纤连接的光路耦合器和同步控制器，在自控热源测渗用特制单模光纤与光路耦合器之间设有监测恒温室，所述同步控制器依次与锁模激光器、第一波分复用器、偏振分束器、隔离器、非线性放大器、光栅对、液晶空间光调制器、衍射光栅、反射镜、分束器、非线性晶体、光谱仪和迈克尔逊干涉仪连接，迈克尔逊干涉仪输出端与光路耦合器连接，光路耦合器的输出端分别与探测器和第二光分器连接，探测器与数字信号处理器连接，第二光分器通过放大电路与数字信号处理器连接，数字信号处理器输出端分别与同步控制器和采集器连接，采集器的输出端分别与同步控制器和计算机连接，计算机与配置有远程云数据库的模块连接，配置有远程云数据库的模块将汇集信息输送到坝群安全监测信息管理与分析评估系统中。

2.根据权利要求1所述的水工结构物及其基础渗流状况分布式光纤辨识系统，其特征在于：所述放大电路包含并联连接的第一放大电路、第二放大电路和第三放大电路，第一放大电路包含依次连接的第一光电二极管、第三放大器和斯托克斯接收器，第二放大电路包含依次连接的第二光电二极管、第四放大器和反斯托克斯接收器，第三放大电路包含依次连接的第三光电二极管、第五放大器和瑞利光接收器，第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管分别与第二光分器的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的水工结构物及其基础渗流状况分布式光纤辨识系统，其特征在于：所述迈克尔逊干涉仪输出端同时与光电开关连接，光电开关布置有L和R双侧开关，L侧开关与主飞秒脉冲输入端相连，R侧开关与副飞秒脉冲相连，主飞秒脉冲的主飞秒脉冲光会进入第一放大器的光信号输入端，副飞秒脉冲的副飞秒脉冲光会经过第二放大器的光信号输入端，第一放大器的光信号输出端口与第一光分器的输入端口相连，第一光分器的输出端口分别与第二光滤波器的信号输入端口和第三光滤波器的信号输入端口相连，第二放大器的光信号输出端口与第一光滤波器的光信号输入端口相接，第一光滤波器、第二光滤波器和第三光滤波器的输出端与第二波分复用器输入端连接，第二波分复用器的输出端与第二光分器输入端连接。

4.根据权利要求3所述的水工结构物及其基础渗流状况分布式光纤辨识系统，其特征在于：所述自控热源测渗用特制单模光纤从内到外依次设有单芯光纤、内护弹性层、绝热钢环、内层填护环、弹性硬环、防渗隔热硬套环，单芯光纤分别与若干根外圆套护管连接，外圆套护管依次穿过内护弹性层、绝热钢环、内层填护环、弹性硬环与防渗隔热硬套环连接，外圆套护管内装填有引流储水棉套，引流储水棉套与第二滤网相连，第二滤网上布设有第二滤网纱网通孔，第二滤网外与第一滤网相连，第一滤网上布设有第一滤网纱网通孔。

5.根据权利要求4所述的水工结构物及其基础渗流状况分布式光纤辨识系统，其特征在于：所述弹性硬环和防渗隔热硬套环为不规则的四边形框，四边形框的四个边向内凹陷，四边形框的四个角为圆角。

6.根据权利要求5所述的水工结构物及其基础渗流状况分布式光纤辨识系统，其特征在于：所述第一滤网上布设的第一滤网纱网通孔孔径要大于第二滤网上布设的第二滤网纱网通孔孔径，且其孔径的差值要在2倍以上。

7.根据权利要求6所述的水工结构物及其基础渗流状况分布式光纤辨识系统，其特征在于：所述外圆套护管有四根，分别位于单芯光纤的0°、90°、180°、270°径向上。

8.根据权利要求7所述的水工结构物及其基础渗流状况分布式光纤辨识系统，其特征在于：所述第一滤网和第二滤网均位于防渗隔热硬套环内。

9.一种基于权利要求1至8任一项所述的水工结构物及其基础渗流状况分布式光纤辨识系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将单芯光纤压制于绝热钢环、内护弹性层、内层填护环、弹性硬环与防渗隔热硬套环中，使用外圆套护管、第一滤网、第二滤网、第二滤网纱网通孔和第一滤网纱网通孔组建成具有引流、控流、导热、控热功能的装置部件；

第二步，自控热源测渗用特制单模光纤装配完毕之后，首先，打开同步控制器与计算机对自控热源测渗用特制单模光纤进行通路验证，后在待测结构区域做横向与竖向的自控热源测渗用特制单模光纤铺设，以在该待测空间中形成一种网格化的光纤布局，打开同步控制器与计算机，对铺设好的自控热源测渗用特制单模光纤进行二次通路探测，在复杂结构区域需要平行布设多条自控热源测渗用特制单模光纤以做备用，将自控热源测渗用特制单模光纤通过恒温室与光路耦合器连接，完成整个系统的组装；

第三步，打开水工结构物及其基础渗流状况分布式光纤辨识系统中各待测开关，对该系统进行调试，连接自控热源测渗用特制单模光纤，进行校准及标定，测试各个通道，待无误之后，通过同步控制器调制待测自控热源测渗用特制单模光纤的脉冲光信息，通过采集器采集脉冲光信息数据，后将数据信息汇集到计算机中进行反馈分析，进而调控同步控制器，通过配置有远程云数据库的模块将最后的采集信息汇集到坝群安全监测信息管理与分析评估系统中；

第四步，渗流水经过水工结构体待测区域时，借助第一滤网上的第一滤网纱网通孔和第二滤网上的第二滤网纱网通孔将渗流水中的颗粒杂质给予双层变径过滤，通过引流储水棉套的存储、过滤及引流功能将渗流水源源不断地从四个方向与单芯光纤直接接触，从而形成实际温差；

第五步，绘制由横纵向自控热源测渗用特制单模光纤测得的水工结构物及其基础温差场。