[实用新型]埋入式土体开裂的监测装置

说明书

本实用新型提供了一种埋入式土体开裂的监测装置，包括：光源、光功率计、光纤和土棒；光纤一端接收光源发出的光，另一端与光功率计连接；光纤的中段呈螺旋状绕于土棒上。本实用新型通过光功率计指示光强变化监测土体断裂情况。结构简单，成本低，可作为一次性传感器件；可以用于实时监测；由于敏感部件与土体完全融合，能反映待观测土体在自然环境下真实状态；本装置可作为智能光纤传感体系的一个组成部分；传感器所用通信标准光纤材料为二氧化硅，绝缘，不受电磁信号干扰，能承受恶劣环境，装置无需电力供应，无漏电隐患；光纤集传感信号感知与传输为一体，易于与通信网集成。

技术领域

本实用新型涉及一种土体开裂的监测装置，特别涉及一种埋入式土体开裂的监测装置。

背景技术

我国是农业生产大国，随着农业现代化的推进，智慧农业正逐步运用于越来越多的生产中，其中土壤开裂监测可以作为旱情监测、土壤板结等的有效依据。在已有的农业生产中，此项指标的监测以人工观察为主，耗时耗力，不适应规模农业生产的需求。另一方面，众多土工结构物(如土质边坡、土石坝等)中，结构的失稳破坏往往是由内部裂缝的扩展引起的，人们对裂缝的监测有助于研究裂缝在土体中的扩展机理并最终达到对此结构健康进行有效监测的目的。目前采用的方法有：非对称四点弯曲试验方法，圆盘型试验法、短梁剪切破坏试验法和剪切盒试验法等，但由于测试在实验室进行，因此与土工结构物实际环境有较大出入。再一方面，我国包括季节冻土在内的冻土面积占全国面积的75％，冻土开裂行为的研究对我国寒区工程建设、资源开发，环境保护及冻害防治均有重要的意义，而目前这些监测大多还在实验室中进行，其实验条件必定与真实环境存在差异，造成测试结果与真实状态下的差异，测试方法涉及激光散斑法或声发射法等，这些方法需要昂贵的精密设备，成本高，使用复杂。

目前有报道的土体开裂光纤传感器有以下两种装置：1.光纤拉直埋入式土体开裂传感器。这种传感器通过土体开裂时使直光纤发生微弯损耗，进而指示土体开裂情况。这种传感器在土体开裂不明显的初期及当裂纹走向与光纤轴向一致时引起的损耗不明显，因此灵敏度不高。2.表面粘贴式盘绕式光纤开裂传感器。这种传感器通过粘有盘绕光纤的土体开裂时拉动光纤，使盘绕光纤半径变化，引起光纤中光功率产生附加损耗波动，进而监测其开裂情况，这种装置有两个缺点，1)只能测试表面的开裂，不能测试土体内部的开裂；2)只适合于本身存在断面的土体，如混凝土桥梁。对于没有断面的大面积土体，例如耕地，无法设置合适的传感器安装位置。

实用新型内容

本实用新型提供了一种埋入式土体开裂的监测装置，以解决上述问题中的一种或几种。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种埋入式土体开裂的监测装置，其特征在于，包括：光源、光功率计、光纤和土棒；光纤一端接收光源发出的光，另一端与光功率计连接；光纤的中段呈螺旋状绕于土棒上形成敏感部件。

在一些实施方式中，本实用新型的光纤为单模光纤，光源为单波长光源。由此，具有土体监测效果好的优点。

在一些实施方式中，本实用新型的土棒直径6mm。

在一些实施方式中，本实用新型的光纤以螺距17mm绕于土棒上。

在一些实施方式中，本实用新型的光纤与土棒接触的两端固定。

本实用新型与非光纤微弯类传感器相比优势:

1.本项目使用普通通信标准单模光纤为敏感元件，计算土体开裂前后光功率的差值，光源和光功率计精度要求不高，因此结构简单，成本低，可作为一次性传感器件。

2.可实时监测，并且由于敏感部件与土体完全融合，测试在真实环境下进行而非实验室环境，因而能反映待观测土体在自然环境下的真实状态。

3.传感器所用通信标准光纤材料为二氧化硅，绝缘，不受电磁信号干扰，能承受恶劣环境，装置无需电力供应，无漏电隐患。