[发明专利]一种基于光纤传感器的河床特性的测量方法

说明书

本发明公开一种基于光纤传感器的河床特性的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：制作振动传感器；S2：构建砂土模型；S3：根据所述砂土模型模拟分析所述振动传感器在砂土中的动态特性，根据各种砂土的参考刚度数据，建立振动传感器的振动特性与砂土的物理特性之间的关系；S4：将振动传感器插入实际土层中，将测得的振动传感器的振动特性与砂土模型的物理特性进行比较，得出各土层厚度和地基土刚度，推断出土的类别。本申请采用光纤光栅制作振动传感器对河床特性进行测量，大大减少人力物力的投入并提高操作的安全性。

技术领域

本发明涉及地质检测技术领域，具体涉及一种基于光纤传感器的河床特性的测量方法。

背景技术

光纤传感器技术的应用为分析地下土参数提供了新的技术和方法。尤其是FBG(Fiber Bragg Grating)传感器应用更为广泛，FBG传感器具有灵敏度高、远距离测量、抗电磁干扰性好等优点，因此被广泛应用于地质检测等领域。

目前，对河流淤积量的测量主要有以下几种：

1)经纬仪测记法

经纬仪测量水下地形是根据陆地上布设的控制点，利用船艇航行在水面上测定水下地形点的水深和平面位置来实现的。

2)SAR(synthetic aperture radar)

SAR法是根据星载合成孔径雷达的浅海水下地形和水深成像机理，建立浅海水下地形和水深雷达后向散射截面仿真模型。

3)GPS和GIS技术

GPS(global positioning system，全球定位系统)和GIS(geographicinformation system，地理信息系统)的应用在测量的精度、速度、效率等方面都明显优于传统方法。

但是，经纬仪测记法用于小河道的测深定位简单方便，但作业时会阻止其他船艇的正常航行。而借助SAR的水下地形测量目前仅限于尝试阶段，要提高测量精度，受制条件较多，尚不够成熟。GPS和GIS技术对测量方案的讨论,没有考虑泥沙的淤积特性，而仅是站在测量的角度上探讨。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种基于光纤传感器的河床特性的测量方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于光纤传感器的河床特性的测量方法。

本发明的一种基于光纤传感器的河床特性的测量方法，包括如下步骤：

S1：制作振动传感器，

S2：构建砂土模型，

S3：根据所述砂土模型模拟分析所述振动传感器在砂土中的动态特性，根据各种砂土的参考刚度数据，建立振动传感器的振动特性与砂土的物理特性之间的关系，

S4：将振动传感器插入实际土层中，将测得的振动传感器的振动特性与砂土模型的物理特性进行比较，得出各土层厚度和地基土刚度，推断出土的类别。

进一步的，所述步骤S1中的振动传感器包括振动杆、贴合于所述振动杆上的光纤光栅和与光纤光栅连接的光纤电缆，通过测量所述光纤光栅中心波长的变化得到振动杆上应变的变化规律，振动杆上应变和波长的变化满足：

其中，ε为振动杆上的应变，λ_B为FBG的中心波长，Δλ_B为波长的偏移量，G_F为应变系数；

在振动杆插入砂土中的某一深度处，没有埋入土中的部分为一段悬臂梁，振动杆的基础频率ω与悬臂梁的长度l之间的关系为：