[发明专利]一种基于光纤光栅的水平测试装置及测试方法

权利要求书

1.一种基于光纤光栅的水平测试装置，其特征在于：包括水平测试组件、光纤光栅解调仪、数据采集与传输仪(7)、光电转换模块(5)、监测工作箱(6)和客户端软件测试系统(10)；

所述水平测试组件包括多个水平测试单元，所述水平测试单元包括测试管(2)，所述测试管内有多个由光电缆(17)串联的测斜仪(1)；

所述测试管上设有FBG土压力计(24)和FBG水分场传感器(25)；

所述测斜仪内铺设有光纤光栅应变传感器(11)、光纤光栅测温传感器(12)和加速度敏感元件(15)；所述测斜仪底部设有红外测距仪；

所述客户端软件测试系统包括数据导入模块、数据分析处理模块以及图表输出模块；所述数据导入模块将初始数据导入所述软件测试系统；所述数据分析处理模块对测得的数据处理，具体为，所述数据分析处理模块将加速度敏感元件测得的倾角数据乘以测量段的距离并累计相加得到水平位移；所述数据分析处理模块将光纤光栅测量的数据进行去噪、平滑后转化为应变、温度、压力数据，所述图表输出模块将处理后的数据以图表形式输出，具体为，所述图表输出模块将根据处理分析后的数据分别绘制出横坐标为水平位移、纵坐标为深度的水平位移随深度变化折线图；横坐标为应变、纵坐标为深度的应变随深度变化折线图；以及横坐标为含水率、土压力，纵坐标为深度的土体一维含水率分布图与土压力图；所述客户端软件测试系统判断土体的运动趋势并预警危险滑动面的位置；

所述测斜仪内壁设有舱体(14)，所述光纤光栅应变传感器和光纤光栅测温传感器封装在舱体内；

所述测斜仪两侧设有导轮(13)；所述测试管内开设有导向槽(21)，所述导轮在导向槽内滑动；

所述测试管侧壁开设有第一坑槽(23)和第二坑槽(22)，所述水分场传感器埋设在第一坑槽内，所述土压力计埋设在第二坑槽内；

所述测斜仪还包括塞头(19)，所述塞头上设有吊扣(18)。

2.一种基于光纤光栅的水平测试方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的基于光纤光栅的水平测试装置，所述测试方法包括以下步骤：

(1)在预设的测量点成孔，将测试管埋入该成孔中，所述测试管的导槽的方向沿着土体最大位移方向埋设，FBG土压力计和FBG水分场传感器与土体之间填充捣实，然后用管盖将测试管密封；

(2)对光纤光栅应变传感器、光纤光栅测温传感器、土压力计和水分场传感器在测试之前进行标定试验；通过等强度梁法确定应变与波长漂移量之间的线性关系，通过水浴法，确定温度与波长漂移量之间的线性关系；建立土压力传感器读数值与压力值的线性关系；通过水分场传感器确定土的含水率与温度特征值之间的线性标定值；对加速度敏感元件检验校正；

(3)通过测试管的导向槽下放测斜仪，根据测斜仪下方的红外测距仪确定是否到达指定深度；

(4)在测斜仪安装完成后，利用钢丝绳穿过吊扣(18)，将测斜仪吊挂在洞口的托架(20)上，托架中心开孔引出光电缆(17)；

(5)将光电缆(17)与测试管(2)连接至监测工作箱(6)，监测工作箱(6)由光电转换模块(5)提供能源；光纤光栅的测量数据经过光纤光栅解调仪传输至数据采集与传输仪(7)，加速度敏感元件(15)的倾斜角数据将直接传输至数据采集与传输仪(7)；

(6)监测数据测量完成后数据将上传至网络数据库，客户端软件测试系统将直接根据加速度敏感元件(15)的测量数据绘制出水平位移随深度变化的曲线，由光线光栅应变传感器(11)的测量数据在进行温度补偿后系统将分别绘制出应变随深度变化的折线图、土体一维含水率分布图、土压力图；并综合多种不同的测试方式，判断土体的运动趋势、预警危险滑动面(4)的位置。