隧道拱頂分布式光纖監測裝置及其施工工藝與監測方法制造方法及圖紙

本發明專利技術所述的隧道拱頂分布式光纖監測裝置及其施工工藝與監測方法，屬于傳感器技術領域，特別涉及到一種隧道拱頂分布式光纖監測裝置及其施工工藝與監測方法的設計。分布式光纖監測裝置包括：光纖、纖維布塊、光時域反射儀及聚酰亞胺膠帶；光纖通過聚酰亞胺膠帶粘貼于隧道拱頂；再將纖維布塊用環氧樹脂膠粘貼于已粘貼好的光纖及聚酰亞胺膠帶外部；每條光纖的一端都與光時域反射儀相連接。本發明專利技術具有結構新穎、安裝方便、造價低、全方位、無盲區、全時域監測等特點，故屬于一種集經濟性與實用性為一體的新型隧道拱頂分布式光纖監測裝置。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術所述的隧道拱頂分布式光纖監測裝置及其施工工藝與監測方法，屬于傳感器
，特別涉及到一種基于分布式光纖的隧道拱頂實時監測方法的設計。
技術介紹
現有隧道檢測技術主要采用布里淵散射技術(BOTDR)，其監測的方法集中于結構位移、應變和沉降等方面，主要存在以下的局限性：(1)多點式易漏檢：點式的檢測方法布點，最危險的地方可能被漏檢，存在盲區；增加監測點數，雖然提高了結果的可靠性，但工作量和設備成本大為增加，考慮經濟和效率等因素，實際工程或研究項目中難以無限布設各種檢測探頭或傳感器；(2)工程環境依賴性大：傳統技術監測速度慢、效率低，需要專門的操作人員，而隧道工程條件常常比較復雜，傳統電類傳感器對濕度、溫度、電磁場和其他環境因素敏感。因此，十分需要對環境因素影響小、耐久性和長期穩定性好的遠程監測技術；(3)實時、并行和自動化監測程度不高，缺少長距離技術和大面積監測方法。針對上述現有技術中所存在的問題，研究設計一種新型的隧道拱頂分布式光纖監測裝置及其施工工藝與監測方法，從而克服現有技術中所存在的問題是十分必要的。
技術實現思路
鑒于上述現有技術中所存在的問題，本專利技術的目的是研究設計一種新型的隧道拱頂分布式光纖監測裝置。此裝置是基于光時域反射技術(OTDR)的分布式光纖傳感系統具有許多重要的優點。OTDR光時域反射儀是利用光線在光纖中傳輸時的瑞利散射和菲涅爾反射所產生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表，它被廣泛應用于光纜線路的維護、施工之中，可進行光纖長度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測量。光時域反射儀測試是通過發射光脈沖到光纖內,然后在光時域反射儀端口接收返回的信息來進行。當光脈沖在光纖內傳輸時，會由于光纖本身的性質、連接器、接合點、彎曲或其它類似的事件而產生散射、反射。其中一部分的散射和反射就會返回到光時域反射儀中。返回的有用信息由光時域反射儀的探測器來測量，它們就作為光纖內不同位置上的時間或曲線片斷。從發射信號到返回信號所用的時間，再確定光在玻璃物質中的速度，就可以計算出距離。這種監測手段可以實現沿傳感光纖分布的每一點傳感量的測量,具有廣闊的應用前景1在OTDR中,一脈沖光沿光纖傳輸,通過測量其背向瑞利散射就可以確定整個光纖上各點的損耗，傳輸距離長，抗電磁干擾。因此專利技術提供了一種用于隧道拱頂二襯混凝土脫落監測的方法，其關鍵是沿隧道走向在拱頂平行粘貼分布式光纖，在車道上方的拱頂均勻分布，再將阻燃玻璃纖維布塊塊粘貼于拱頂表面光纖外側，使光纖從每塊纖維布塊中軸穿過，光纖接入OTDR解調儀，實現拱頂二襯混凝土的脫落實時監測與定位。解決現有技術混凝土脫落定位難、實時監測難、監測覆蓋面積窄的問題。本專利技術的技術解決方案是這樣實現的：本專利技術所述的隧道拱頂分布式光纖監測裝置，其特征在于所述的分布式光纖監測裝置包括：光纖、纖維布塊、光時域反射儀及聚酰亞胺膠帶；光纖通過聚酰亞胺膠帶粘貼于隧道拱頂；再將纖維布塊用環氧樹脂膠粘貼于已粘貼好的光纖及聚酰亞胺膠帶外部；每條光纖的一端都與光時域反射儀相連接。本專利技術所述的光纖沿隧道走向平行均布于隧道拱頂。本專利技術所述的光纖根據隧道截面寬度布置多根。本專利技術所述的纖維布塊為阻燃玻璃纖維布塊，纖維布塊的規格為長寬為500-800mm的矩形；相鄰的兩塊纖維布塊之間的留有0.5-2cm的空隙。本專利技術所述的光纖位于覆蓋其上的纖維布塊中軸線位置。本專利技術所述的隧道拱頂分布式光纖監測裝置的施工工藝為：A、首先在沿隧道拱頂處縱向混凝土表面光纖傳感網絡設計位置以角磨機、砂紙打磨除去浮灰，沿傳感光纖設計位置兩側打磨寬度各5cm，以保證足夠環氧樹脂膠涂層與混凝土結構的接觸面積，保證傳感光纖與待測結構間的可靠粘結和變形協調；打磨要求達到細骨料清晰外露,并注意打磨施力均勻，保證粘接面平整無局部小半徑凹凸，以防因此引入的系統初始微彎損耗；B、以無水乙醇洗凈粘貼面,風干,確保粘接表面潔凈,以保證粘接質量；嚴格按比例調制環氧樹脂,均勻涂刮厚度為0.2mm底層環氧樹脂膠于光纖傳感段設計位置粘接面；C、敷設光纖于設計位置，此過程中要保證傳感段光纖適當緊繃保持順直，不得出現人為造成初始微彎缺陷；敷設就位后在傳感直線段兩端以防水膠布臨時固定，以防由于環氧樹脂初期流動性造成定位偏移；30分鐘后底層環氧樹脂初達初凝強度，重新調制環氧樹脂,涂刮覆蓋層環氧樹脂至設計涂層厚度。D、將聚酰亞胺膠帶貼附于光纖上，將光纖固定在拱頂混凝土表面。E、24小時后環氧樹脂膠達到最終強度，進行纖維布塊粘貼，用環氧樹脂膠均勻涂抹于矩形纖維布塊粘貼面，使光纖位于纖維布塊中軸線位置，纖維布塊之間留0.5-2cm空隙。F、將光纖與光時域反射儀連接，光時域反射儀配備光開關，可以同時監測多條光纖的信號。本專利技術所述的隧道拱頂分布式光纖監測裝置的監測方法為：a、光時域反射儀向光纖內入射脈沖光；b、脈沖光經光纖進入隧道內，一部分散射光和反射光向后傳回光時域反射儀中；c、光時域反射儀接收到由光纖內回射的反射光，并識別反射光中的損耗信號，事件分析后在顯示器上顯示；d、光時域反射儀分析得出的光纖全線損耗狀況，判斷隧道拱頂是否有混凝土裂縫，及裂縫處的錯動及光纖斷裂，同時對其進行定位。本專利技術的優點是顯而易見的，主要表現在：本專利技術基于分布式光纖的隧道拱頂實時監測方法具有原理簡單、安裝方便、對隧道結構無損害、可實現長距離實時在線測量的優點，纖維布的覆蓋了保證了拱頂危險區域的全范圍監控無盲區，可實現對隧道拱頂二襯混凝土進行在線實時開裂脫落狀況監測并能夠預警，對于提高公路隧道、地鐵、鐵路隧道等運營安全性，降低安全隱患和運行風險，提高總體經濟效益，將產生積極的意義。該技術還可應用于其它領域，礦洞安全監測、屋蓋接縫的監測、外墻面磚脫落監測等。本專利技術具有結構新穎、安裝方便、造價低、全方位、無盲區、全時域監測等優點，其大批量投入市場必將產生積極的社會效益和顯著的經濟效益。附圖說明本專利技術共有3幅附圖,其中：附圖1本專利技術原理圖；附圖2本專利技術光纖鋪設于拱頂結構示意圖；附圖3本專利技術裝于隧道內結構示意圖；在圖中：1、光纖2、纖維布塊3、光時域反射儀4、環氧樹脂膠5、聚酰亞胺膠帶具體實施方式本專利技術的具體實施例如附圖所示，隧道拱頂分布式光纖監測裝置，其特征在于所述的分布式光纖監測裝置包括：光纖1、纖維布塊2、光時域反射儀3及聚酰亞胺膠帶5；光纖1通過聚酰亞胺膠帶5粘貼于隧道拱頂；再將纖維布塊2用環氧樹脂膠4粘貼于已粘貼好的光纖1及聚酰亞胺膠帶5外部；每條光纖1的一端都與光時域反射儀3相連接。光纖1沿隧道走向平行均布于隧道拱頂。光纖1根據隧道截面寬度布置多根。光纖1位于覆蓋其上的纖維布塊2中軸線位置。纖維布塊2為阻燃玻璃纖維布塊，纖維布塊2的規格為長寬為500-800mm的矩形；相鄰的兩塊纖維布塊2之間的留有0.5-2cm的空隙。隧道拱頂分布式光纖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種隧道拱頂分布式光纖監測裝置，其特征在于所述的分布式光纖監測裝置包括：光纖(1)、纖維布塊(2)、光時域反射儀(3)及聚酰亞胺膠帶(5)；光纖(1)通過聚酰亞胺膠帶(5)粘貼于隧道拱頂；再將纖維布塊(2)用環氧樹脂膠(4)粘貼于已粘貼好的光纖(1)及聚酰亞胺膠帶(5)外部；每條光纖(1)的一端都與光時域反射儀(3)相連接。

【技術特征摘要】
1.一種隧道拱頂分布式光纖監測裝置，其特征在于所述的分布式光纖監
測裝置包括：光纖(1)、纖維布塊(2)、光時域反射儀(3)及聚酰亞胺膠帶(5)；
光纖(1)通過聚酰亞胺膠帶(5)粘貼于隧道拱頂；再將纖維布塊(2)用環氧
樹脂膠(4)粘貼于已粘貼好的光纖(1)及聚酰亞胺膠帶(5)外部；每條光纖
(1)的一端都與光時域反射儀(3)相連接。
2.根據權利要求1所述的隧道拱頂分布式光纖監測裝置，其特征在于所述
的光纖(1)沿隧道走向平行均布于隧道拱頂。
3.根據權利要求1所述的隧道拱頂分布式光纖監測裝置，其特征在于所述
的光纖(1)根據隧道截面寬度布置多根。
4.根據權利要求1所述的隧道拱頂分布式光纖監測裝置，其特征在于所述
的纖維布塊(2)為阻燃玻璃纖維布塊，纖維布塊(2)的規格為長寬為500-800mm
的矩形；相鄰的兩塊纖維布塊(2)之間的留有0.5-2cm的空隙。
5.根據權利要求1所述的隧道拱頂分布式光纖監測裝置，其特征在于所述
的光纖(1)位于覆蓋其上的纖維布塊(2)中軸線位置。
6.一種隧道拱頂分布式光纖監測裝置的施工工藝，其工藝為：
A、首先在沿隧道拱頂處縱向混凝土表面光纖傳感網絡設計位置以角磨機、
砂紙打磨除去浮灰，沿傳感光纖設計位置兩側打磨寬度各5cm，以保證足夠環氧
樹脂膠(4)涂層與混凝土結構的接觸面積，保證傳感光纖(1)與待測結構間
的可靠粘結和變形協調；打磨要求達到細骨料清晰外露,并注意打磨施力均勻，
保證粘接面平整無局部小半徑凹凸，以防因此引入的系統初始微彎損耗；
B、以無...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王桂萱，夏夢穎，趙杰，
申請(專利權)人：大連大學，
類型：發明
國別省市：遼寧;21