[发明专利]基于OFDR的深层水平位移与地下水位一体化监测预警系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于OFDR的深层水平位移与地下水位一体化监测预警系统及方法，该系统包括分布式光纤应变传感器、自加热光纤温度传感器、测斜管、空心钢管、光纤数据采集仪、太阳能电池板、光纤接续盒、变压器、窄线宽可调谐激光器、耦合器、云平台、监测结果处理与显示系统和预警系统。分布式光纤应变传感器位于测斜管凹槽内，空心钢管固定在测斜管内侧，光纤温度传感器缠绕固定在空心钢管表面；光纤数据采集仪将数据通过云平台传输至监测结果处理与显示系统，该系统将峰值与设定预警值对比，判断是否预警；监测结果处理与显示系统与预警系统连接，预警时指示灯闪烁。本发明精度高、可提前预警，以预防因深层水平位移过大或地下水位变化过大导致结构失稳破坏。

技术领域

本发明涉及深层水平位移与地下水位监测预警系统，尤其涉及一种基于OFDR的深层水平位移与地下水位一体化监测预警系统及方法。

背景技术

目前土建工程中主要采用测斜仪来进行深层水平位移监测，对深层土体水平位移监测所用的传统方式和仪器有以下不足之处：

(1)测量结果不连续，存在测量盲区；需要人工进行分段测量，测量过程时间较长，无法实现实时和自动化的监测。

(2)活动式测斜仪易损坏，耐久性较差；土体变形较大时，测斜管弯曲超过一定角度后测斜仪无法通过，导致测点失效。

(3)测斜管内落入杂物或管内渗入大量淤泥，测斜仪无法通过，亦会导致测点失效。

(4)地下水位监测所用的传统方式需要埋设专门的水位监测管，无法实现实时和自动化的监测，并且需要人工进行测量读数，大大的浪费了人力和财力。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于OFDR的深层水平位移与地下水位一体化监测预警系统及方法，以自动实时的完成对深层水平位移与地下水位数据收集和处理分析，在掌握深层水平位移与地下水位变化的同时，通过与警报系统预设值的比对，完成对深层水平位移与地下水位的预警。

技术方案：本发明基于OFDR的深层水平位移与地下水位一体化监测预警系统，包括分布式光纤应变传感器、自加热光纤温度传感器、测斜管、空心钢管、光纤数据采集仪、太阳能电池板、光纤接续盒、变压器、窄线宽可调谐激光器、耦合器、云平台、监测结果处理与显示系统和预警系统；

测斜管由多个测斜管单元依次拼接而成，测斜管单元侧壁对称开设有多个U型凹槽；测斜管上开设有多个进水孔，进水孔上设有滤网和土工布；分布式光纤应变传感器对称布置在测斜管凹槽内；

空心钢管通过夹具固定在测斜管内侧，空心钢管与测斜管轴线平行；自加热光纤温度传感器缠绕并固定在空心钢管表面；

窄线宽可调谐激光器作为光源发出调谐光通过耦合器传入光纤数据采集仪；

光纤数据采集仪将数据采集后通过云平台传输至监测结果处理与显示系统，监测结果处理与显示系统记录光纤传感器的波长数据，完成对观测数据的降噪及数据平滑处理，作出水平位移沿测斜管体的分布曲线，得到不同深度下温度变化速率，并将记录的峰值与设定的预警值对比，以判断是否需要预警；

监测结果处理与显示系统输出端与预警系统连接，预警系统包括电容、晶体三极管和指示灯；监测结果处理与显示系统输出的交流信号电压由输入端输入，经过电容耦合至晶体三极管的基极进行放大，放大后的交流信号由晶体三极管集电极输出，通过电容耦合至指示灯发生闪烁。

自加热光纤温度传感器包括纤芯、加热丝、填充油膏、包层、涂覆层和光纤护套；纤芯与加热丝位于填充油膏内，纤芯与加热丝由包层包裹，光纤护套与包层之间为涂覆层。

光纤接续盒包括盒体、光纤固定装置和光纤安放装置；分布式光纤应变传感器和自加热光纤温度传感器通过蛇形软管固定在盒体内，分布式光纤应变传感器和自加热光纤温度传感器通过光纤固定装置和光纤安放装置固定，自加热光纤温度传感器中加热丝与加热导线连接后，接入可调变压器。