[发明专利]复杂环境下水工程渗流性态一体化监测系统及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复杂环境下水工程渗流性态一体化监测系统及监测方法，属于水工程健康监测领域。

背景技术

水工程是一项规模庞大，结构复杂、外部荷载多变的系统工程，传统的研究多基于经典的数学和力学理论发展得到，多以定性、静态的角度分析堤防结构的安全特性，忽视了内部参数的变异性及动态性对工程结构本身的长效性影响，渗透破坏是影响水工建筑物安全的极为重要的因素之一，为能及时掌控水工结构物的渗流性态，需要在结构物内布置各种类型的传感器件。

而对于传统的传感装置而言，其经常会出现抗电磁干扰能力差、易受到潮湿环境影响、使用寿命短、单点单物理量监测、引线过多、极其容易出现测值漂移等影响监测效果的问题，因此，需要研发先进、实用的监测技术及设备，随着当前人们安全意识及监测技术的不断提升，衍生了一批有代表性的方法：超声波检测法、声学方法、磁粉法、探地雷达、示踪剂法等多种技术，但是该类新方法对水工程的渗流监测效果不大，需要对旧技术进行改进并探索新技术，分布式光纤监测技术是当前较为成熟的监测手段，具有抗电磁干扰能力强、不易受到外部环境影响、使用寿命长、可实现分布式多参量监测、不容易出现测值漂移、价格低廉、布设方便等优点，因此，基于传感光纤技术在水工程的应用研究意义极为重大，但是分布式光纤监测技术在水工程渗流监测方面的实用性较差，不能直接将其应用到水工程渗流监测领域中，需要对其进行改进与创新，提出与构建出一种可以真正实用化的基于分布式光纤技术的渗流监测用传感系统。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种复杂环境下水工程渗流性态一体化监测系统及监测方法，具有布设便捷、分布式监测、同步运行、流程化、高效性特点，其成本低廉、操作简单、效果极佳，可以实现全时域待测结构体的自动化信息采集，成系列化、一体化的监测技术在降低监测成本、提高监测精度及提升工程实用化能力等方面具有突出优势。

技术方案：为实现上述目的，本发明的复杂环境下水工程渗流性态一体化监测系统，包括渗流性状时空监控装置和传感光纤测渗增敏装置；

所述渗流性状时空监控装置包括竖承力载纤柱、外缘通管和传感光纤，所述竖承力载纤柱两边分别设有左承力横梁和右承力横梁，所述外缘通管套在竖承力载纤柱上，竖承力载纤柱顶端设有第二过渡圆端，底端设有元件承载体，左承力横梁和右承力横梁两端分布设有第一过渡圆端和第三过渡圆端，在左承力横梁和右承力横梁下方均设有弹性装置，第二过渡圆端上方设有集纤盒，集纤盒内的传感光纤穿过外缘通管与含有测温装置的元件承载体连接，然后以S型布设在竖承力载纤柱内，然后依次绕过第二过渡圆端、第一过渡圆端后穿过左承力横梁和右承力横梁下方的弹性装置，从第三过渡圆端引出；

所述传感光纤测渗增敏装置包括中控模块、外层模块、端口模块，所述中控模块两侧均设有外层模块和端口模块，外层模块位于中控模块和端口模块之间；

所述中控模块包括通管把柄、上贯通管、注胶通管和下贯通管，所述通管把柄的一端与注胶通管相连接，注胶通管嵌入在上贯通管和下贯通管中，传感光纤位于上贯通管和下贯通管之间；

所述外层模块包括内超硬层、内隔热层、外传热层、内导热增强层、外硬质层、外隔温增强层，所述内超硬层的内侧与内隔热层的外侧相连，所述内超硬层紧邻内导热增强层，所述内导热增强层的外侧与外传热层的内层相连接，内导热增强层紧邻外隔温增强层，所述外隔温增强层的外侧与外硬质层的内侧相连接，外隔温增强层紧邻固纤端，传感光纤依次穿过内隔热层、内导热增强层和外隔温增强层；

所述端口模块包括上注胶管、圆球形的固纤端、容固管、下注胶管；所述固纤端上端侧固定有上注胶管，固纤端的中间位置固定有容固管，固纤端的下端侧固定有下注胶管，传感光纤穿过容固管。

作为优选，所述传感光纤为渗流性态监测用传感光缆，包括外圆模块、中层模块和内芯模块，中层模块位于外圆模块与内芯模块之间；

所述内芯模块包含第四传感光纤和三角内支架，所述第四传感光纤外包裹有硬质保护层，硬质保护层外设有隔热保护层，在隔热保护层外设有三角内支架，第四传感光纤位于三角内支架的中心位置；

所述中层模块包含第一传感光纤、第二传感光纤、第三传感光纤和外圆弧填充层，所述第一传感光纤、第二传感光纤、第三传感光纤位于三角内支架与外圆模块之间，在三角内支架与外圆模块之间填充有外圆弧填充层用于固定第一传感光纤、第二传感光纤和第三传感光纤；