[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

说明书

本发明公开了一种岩土体导热系数和比热容的同步测量光纤传感器及方法。该同步测量光纤传感器，包括内加热测温光缆及一或多个测温光缆，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。本发明能够对岩土体的导热系数和比热容进行同步测量，且结果准确、操作方便。

技术领域

本发明属于岩土体测量技术领域，涉及一种岩土体导热系数和比热容的同步测量光纤传感器及方法。

背景技术

岩土体的导热系数和比热容是反映其热物性性质的主要参数，决定了热量传递的快慢。在直接利用方面，是各种尺度下岩土体温度场的量化指标，应用领域主要包括浅层地温能开发、地下工程冷冻施工、冻融区地基处理以及核废料处置；在间接利用方面，可以间接评价土体含水率、干密度、渗流速度等参数，通过导热系数和比热容分别建立与土体相关性质的表达式，有助于减少评价这些参数时的不确定性。

土体的热物性测试方法主要有面热源法、热线法和热平衡法。面热源法分为稳态和瞬态两种，均可以同时获取岩土体的导热系数和比热容，但是仪器设备操作和计算复杂，主要用于室内测试样品参数；热线法主要用于获取岩土体的导热系数，在室内试验和现场测试都有广泛的应用，其中现场测试主要是以热响应测试的方式实现；热平衡法主要在室内测试潮湿土质材料的比热容，操作复杂。因此，主要关注热线法的应用。

实验室中，测试土体的导热系数、比热容主要是探针法，不同的探针组合可以实现不同量、不同精度的测试。它们都存在一个共性就是单点测试，应用到现场中仅可以获取点式的数据，实现不同位置的测试需要多个测试设备，成本特别高。

综上所述，目前没有技术或者产品关于原位分布式同步测量导热系数和比热容的装置及方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的一个目的是提供一种岩土体导热系数和比热容的同步测量光纤传感器，其能够在原位分布式同步测量岩土体的导热系数和比热容进行，结果准确、操作方便。

本发明的另一个目的是提供一种岩土体导热系数和比热容的同步测量方法，其结果准确、操作方便。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种岩土体导热系数和比热容的同步测量光纤传感器，包括内加热测温光缆及一或多个测温光缆，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。

优选地，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。

在一实施例中，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。

在一实施例中，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。

在一具体且优选的实施例中，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。