[发明专利]一种基于光纤光栅的基坑沉降实时监测装置及方法

权利要求书

1.一种基于光纤光栅的基坑沉降实时监测装置，包括数据采集系统（1）、数据调解和传输系统（2）、太阳能供电系统（3）和云服务器系统（4），其特征在于：所述数据采集系统（1）与数据调解和传输系统（2）相连，数据调解和传输系统（2）与太阳能供电系统（3）连接，数据调解和传输系统（2）与云服务器系统（4）通过无线网络远程连接；

所述数据采集系统（1）包括监测孔（12）、准分布式布拉格光纤光栅传感元件（11）、配重导锤（13）、滑轮构件（14）和监测孔（12）的回填材料；

所述数据调解和传输系统（2）包括与准分布式布拉格光纤光栅传感元件（11）对应的信号解调仪（22）、物联网网关4G/5G模块（23）和防水保护盒（21）；

所述太阳能供电系统（3）包括太阳能电池板（31）和储控一体太阳能锂电池（32）；

所述云服务器系统（4）包括控制终端（41）、预警指令发信模块（42）和诊断与评估模块（43）。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的基坑沉降实时监测装置，其特征在于：所述数据采集系统（1）中滑轮构件（14）固定于监测孔（12）的孔口轴线处，准分布式布拉格光纤光栅传感元件（11）通过配重导锤（13）和滑轮构件（14）植入监测孔（12）内，准分布式布拉格光纤光栅传感元件（11）布设后将回填材料填入监测孔（12）。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的基坑沉降实时监测装置，其特征在于：所述数据采集系统（1）中，对于砂土和粉质砂土等松散的第四纪沉积土体选择级配良好的砂土作为监测孔（12）中的回填材料，对于硬土层与软土层互层的土体选择掺杂少量膨润土的砂土作为监测孔（12）中的回填材料，对于半坚硬超固结土体和岩体选择水泥与复合注浆材料的混合物作为监测孔（12）中的回填材料。

4.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的基坑沉降实时监测装置，其特征在于：所述数据采集系统（1）中滑轮构件（14）固定于距孔口1000 mm高度的位置，配重导锤（13）的顶端中心处系有牵引钢丝绳（15）。

5.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的基坑沉降实时监测装置，其特征在于：所述数据调解和传输系统（2）中的防水保护盒（21）前侧和后侧预留足够的开口，以便准分布式布拉格光纤光栅传感元件（11）和储控一体太阳能锂电池（32）走线。

6.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的基坑沉降实时监测装置，其特征在于：所述数据调解和传输系统（2）中信号解调仪（22）处理后的数据通过物联网网关4G/5G模块（23）利用无线网络无线传输至云服务器系统（4）。

7.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的基坑沉降实时监测装置，其特征在于：所述太阳能供电系统（3）中太阳能电池板（31）将太阳光照射发出的光能转换为电能，储存在储控一体太阳能锂电池（32）中，为防水保护盒（21）中的信号解调仪（22）和物联网网关4G/5G模块（23）持续供电。

8.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的基坑沉降实时监测装置，其特征在于：所述云服务器系统（4）的控制终端（41）将监测数据解码成可视化曲线图，远程用户可通过PC/手机端登录进行动态数据查看；预警指令发信模块（42）引入指令发信装置，对不同的监测项目赋予阈值，当监测数据超过阈值时将通过发送短信或者微信消息示警；诊断与评估模块（43）根据监测孔（12）中采集得到的基坑土体的变形场和水分场的数据，实时判断基坑土体所处的状态，对具有危险隐患的状态进行诊断和分析并提出相应的防控措施。

9.一种基于光纤光栅的基坑沉降实时监测方法，根据权利要求1-8任一项所述的一种基于光纤光栅的基坑沉降实时监测装置，其特征在于包括以下试验步骤：

S1、成孔和洗孔操作，根据监测项目选定的孔径大小以及监测的基坑土体全断面深度进行监测孔（12）的钻挖，监测孔（12）成孔后对其进行一次扫孔和洗孔处理；

S2、传感元件植入和监测孔回填，利用牵引钢丝绳（15）缓慢匀速地将系有准分布式布拉格光纤光栅传感元件（11）的配重导锤（13）沉入监测孔（12）底部，沉底过程中每间隔2500mm将传感元件的引线在牵引钢丝绳上固定，配重导锤（13）沉底后将准分布式布拉格光纤光栅传感元件（11）拉紧并固定于滑轮构件（14），传感元件布设完毕后均匀密实地将回填材料填入监测孔（12）内部；

S3、太阳能供电系统（3）进行供电，利用太阳能电池板（31）将电能储存在储控一体太阳能锂电池（32）中，通过储控一体太阳能锂电池（32）对防水保护盒（21）中的信号解调仪（22）和物联网网关4G/5G模块（23）供电；

S4、光纤信号解调和数据无线传输，利用信号解调仪（22）处理数据采集系统（1）监测到的光纤信号，传输至物联网网关4G/5G模块（23），并向云服务器系统（4）进行无线传输；

S5、云服务器系统（4）进行数据后处理工作，云服务器系统（4）的控制终端（41）通过数据解码程序将监测数据可视化，通过在预警指令发信模块（42）设定阈值为远程用户进行短信或微信示警，利用诊断与评估模块（43）根据监测数据实时判断基坑土体所处的状态并对具有危险隐患的状态进行诊断和分析，并提出相应的防控措施。