[发明专利]岩土体导热系数和比热容的同步测量光纤传感器及方法

权利要求书

1.一种岩土体导热系数和比热容的同步测量方法，其特征在于：采用同步测量光纤传感器，所述同步测量光纤传感器包括内加热测温光缆及多个测温光缆，所述内加热测温光缆具有能够连接电源和光信号解调设备的近端，所述测温光缆具有能够连接光信号解调设备的近端，所述内加热测温光缆包括加热层及测温光纤，所述内加热测温光缆和所述测温光缆之间或所述测温光缆之间通过基带连接；所述同步测量光纤传感器具有铺展状态，在所述铺展状态时，所述内加热测温光缆及所述测温光缆分别沿第一方向延伸，所述内加热测温光缆和所述测温光缆在与所述第一方向垂直的第二方向上间隔排列；

所述同步测量方法包括如下步骤：A、将所述内加热测温光缆的近端连接至电源及光信号解调设备，将所述测温光缆的近端连接至光信号解调设备；B、将所述同步测量光纤传感器置于待测岩土体中；C、所述电源输出加热功率，所述光信号解调设备记录所述内加热测温光缆和所述测温光缆各时间点的温度；D、根据所述加热功率、加热时间、温度及所述测温光缆与所述内加热测温光缆的间距计算岩土体的导热系数和比热容，其中，根据下式(2)计算岩土体的比热容C_v，

其中，n为测温光缆的个数，t₀为加热持续时间；r_i为第i个测温光缆距离所述内加热测温光缆的距离，ΔT_i为第i个测温光缆测试得到的最大温升，ε_i＝t₀/t_i，t_i为第i个测温光缆测试得到最大温升对应的时间。

2.根据权利要求1所述的同步测量方法，其特征在于：根据下式(1)计算岩土体的导热系数λ，

其中，q为加热功率，κ为所述内加热测温光缆在加热持续时间内温度和时间对数曲线稳定段的斜率。

3.根据权利要求1所述的同步测量方法，其特征在于：所述同步测量光纤传感器在所述铺展状态时，所述内加热测温光缆的中心线及所述测温光缆的中心线位于同一平面。

4.根据权利要求1所述的同步测量方法，其特征在于：所述同步测量光纤传感器包括第一测温光缆和第二测温光缆，所述内加热测温光缆、所述第一测温光缆及所述第二测温光缆通过基带依次连接。

5.根据权利要求1所述的同步测量方法，其特征在于：所述同步测量光纤传感器包括第一测温光缆和第三测温光缆，所述第一测温光缆、所述内加热测温光缆及所述第三测温光缆通过基带依次连接。

6.根据权利要求1所述的同步测量方法，其特征在于：所述同步测量光纤传感器包括第一测温光缆、第二测温光缆和第三测温光缆，所述第二测温光缆、所述第一测温光缆、所述内加热测温光缆及所述第三测温光缆通过基带依次连接。

7.根据权利要求6所述的同步测量方法，其特征在于：所述第二测温光缆与所述第一测温光缆的间距r1、所述第一测温光缆与所述内加热测温光缆的间距r2、及所述内加热测温光缆与所述第三测温光缆的间距r3均为5-30mm。

8.根据权利要求1所述的同步测量方法，其特征在于：所述内加热测温光缆包括第一加热层及套设于所述第一加热层上的第二加热层，所述第一加热层和所述第二加热层之间绝缘设置，所述第一加热层和所述第二加热层分别具有用于连接电源的近端，所述第一加热层和所述第二加热层还分别具有远端，所述第一加热层能够和所述第二加热层的远端相互导通以构成回路。

9.根据权利要求8所述的同步测量方法，其特征在于：所述第一加热层和/或所述第二加热层为由多个金属丝交织形成的金属丝网。