本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅骷捌渲谱靼惭b方法，本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅饔晒潭芎蜏y(cè)壓管組成。固定架起到保護(hù)和固定測(cè)壓管的作用；測(cè)壓管由管身和一系列按深度間隔排布的光纖光柵傳感探頭組成，探頭為雙面構(gòu)造，正面承受管外水土壓力，背面承受管內(nèi)水壓力，通過(guò)測(cè)量正面和背面的壓力差可以精確測(cè)量管外側(cè)土壓力，再對(duì)不同深度的側(cè)向土壓力進(jìn)行擬合計(jì)算，最終得到水土界面的深度位置。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅鞑皇芩w紊流和土體輸移的干擾，測(cè)試精度高，可根據(jù)使用條件和要求改變測(cè)量精度和測(cè)量深度范圍；本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)可按照監(jiān)測(cè)需求，在多個(gè)監(jiān)測(cè)地點(diǎn)植入光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅鳎瑢?shí)現(xiàn)一個(gè)區(qū)域的沖刷和淤積監(jiān)測(cè)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種土木水利工程監(jiān)測(cè)裝置，具體涉及一種。
技術(shù)介紹
水流對(duì)樁基的沖刷使橋墩附近的基礎(chǔ)被逐漸沖蝕是橋梁結(jié)構(gòu)被破壞的重要原因之一。橋墩通常對(duì)于水流起阻礙作用，進(jìn)而導(dǎo)致在橋墩附近水流流速過(guò)快并產(chǎn)生漩渦，沖蝕橋墩附近基礎(chǔ)，使橋梁處于不安全的狀態(tài)。這種狀態(tài)下的橋梁帶著隱患工作，又很難被發(fā)現(xiàn)。一旦橋梁由于沖刷產(chǎn)生破壞，這種破壞屬于脆性破壞，具有突然性，會(huì)引起嚴(yán)重后果。另一方面江河堤防是我國(guó)防洪工程體系的重要組成部分。目前我國(guó)建有各類(lèi)堤防25萬(wàn)km，其中主要堤防6. 75萬(wàn)km。我國(guó)堤防一般傍河而建堤線(xiàn)選擇受到河勢(shì)條件制約，地基多為第四紀(jì)松散沉積物，其物質(zhì)組成、分布及厚度變化大，地質(zhì)條件復(fù)雜。我國(guó)河流的堤岸沖刷和淤積現(xiàn)象十分普遍，如長(zhǎng)江中下游的堤岸沖刷、北江大堤險(xiǎn)段的堤腳淘刷等，堤岸沖刷嚴(yán)重威脅堤防安全。因此，沖刷和淤積對(duì)橋梁和堤岸造成的破壞已經(jīng)成為研究的焦點(diǎn)。目前的沖刷和淤積監(jiān)測(cè)方法主要有人工深度尺、聲納、雷達(dá)和時(shí)域反射計(jì)(TDR)等，但是這些方法在實(shí)際工程應(yīng)用中具有很大局限性，比如有離線(xiàn)、精度低、穩(wěn)定性差、成本高和傳感元件耐久性差等缺點(diǎn)，難于實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)樁基和堤岸的沖刷和淤積狀態(tài)。光纖光柵傳感技術(shù)除了具有普通光纖傳感技術(shù)的本質(zhì)防爆、抗腐蝕、抗電磁干擾、對(duì)電絕緣、無(wú)電傳輸?shù)仍S多優(yōu)點(diǎn)外，還有一些明顯優(yōu)于其它光纖傳感技術(shù)的特點(diǎn)波長(zhǎng)編碼的數(shù)字式傳感，使用可靠性高，壽命長(zhǎng)，能進(jìn)行長(zhǎng)期安全監(jiān)測(cè)。由于以上優(yōu)點(diǎn)，目前光纖測(cè)量已廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)中。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)專(zhuān)利文獻(xiàn)的查閱和分析來(lái)看，國(guó)內(nèi)外對(duì)基于光纖光柵的沖刷和淤積監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究較少，目前國(guó)內(nèi)東南大學(xué)開(kāi)發(fā)了一種長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵沖刷傳感器，該傳感器包括彈性直桿和與彈性直桿封裝為一體的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感探頭陣列。其原理是利用水流對(duì)彈性直桿作用而使得布設(shè)在彈性直桿上的位于泥層上方的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵波長(zhǎng)由應(yīng)變作用發(fā)生較大變化，從而獲得沖刷深度。但是這種方法容易受到水下土體輸移的干擾。大連理工大學(xué)開(kāi)發(fā)了一種基于光纖光柵的沖刷傳感器，其傳感探頭一旦由于沖刷而露出河床的時(shí)候，傳感器兩側(cè)將產(chǎn)生動(dòng)水壓力，傳感探頭裝置兩側(cè)的膜片產(chǎn)生變形，帶動(dòng)連桿的運(yùn)動(dòng)，并繼而帶動(dòng)裝置內(nèi)的等強(qiáng)度梁發(fā)生撓曲，并由封裝在等強(qiáng)度梁上的光纖光柵監(jiān)測(cè)其應(yīng)變，從而判斷有無(wú)沖刷。其原理是由于在動(dòng)水中柱體繞流，在其迎流面和背流面分別產(chǎn)生正的和負(fù)的動(dòng)水壓力，使得等強(qiáng)度梁發(fā)生變形。但是這種傳感器受探頭數(shù)量限制、無(wú)法精確測(cè)量水土界面位置，容易受到水下紊流干擾。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種具有高精確度、高耐久性、溫度自適應(yīng)以及能夠抵御水土輸移干擾的，用以監(jiān)測(cè)水下由于沖刷、淤積等作用而造成的水土界面深度變化。實(shí)現(xiàn)本專(zhuān)利技術(shù)目的的技術(shù)解決方案為一種光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅靼ü潭芎蜏y(cè)壓管；固定架包括保護(hù)段和錨固段，錨固段位于保護(hù)段底端，保護(hù)段是由L形型鋼焊接而成的格構(gòu)式管架；錨固段為圓錐形，頂面設(shè)有圓形固定槽，保護(hù)段在固定槽范圍之內(nèi)。測(cè)壓管豎直安裝在固定架保護(hù)段內(nèi)。測(cè)壓管管身為方形(也可采用圓形)，底面封閉，頂面設(shè)可封閉的注水口 ；四個(gè)側(cè)面中有一個(gè)側(cè)面為透水面，由透水板組成；其他三個(gè)側(cè)面為傳感面，沿縱向均勻布置相同的光纖光柵傳感探頭，承受管外的水土壓力和管內(nèi)的水壓力。針對(duì)不同的水文地質(zhì)條件和測(cè)量要求，光纖光柵傳感探頭的形式有兩種單膜式傳感探頭和雙膜式傳感探頭。單膜式傳感探頭包括面板、背環(huán)、測(cè)壓膜、防水膜、刻寫(xiě)在光纖導(dǎo)線(xiàn)上的光纖光柵、第一螺母和第二螺母；光纖導(dǎo)線(xiàn)的一端與光纖光柵相連，另一端從背環(huán)中引出；光纖光柵粘接在測(cè)壓膜和防水膜內(nèi)側(cè)的中間部位；面板上開(kāi)有一圓洞，圓洞面積為面板面積的1/21/5，背環(huán)為金屬環(huán)片，背環(huán)的內(nèi)直徑與圓洞內(nèi)直徑相同，測(cè)壓膜和防水膜固定在面板與背環(huán)之間，面板與背環(huán)通過(guò)第一螺母固定連接，單膜式傳感探頭通過(guò)第二螺母固定在測(cè)壓管管身上。雙膜式傳感探頭包括兩個(gè)完全相同的傳壓部件和一個(gè)傳感部件，傳壓部件包括受壓殼、內(nèi)膜和硅油；受壓殼為一次成型的金屬蓋，受壓殼蓋面作為外膜，受壓殼內(nèi)壁側(cè)面靠近封閉端開(kāi)有一圈凹槽，內(nèi)膜焊接在該凹槽外邊緣；硅油填充在內(nèi)膜和受壓殼封閉端之間；傳感部件包括傳壓片、等強(qiáng)度懸臂梁、支座、光纖光柵和光纖導(dǎo)線(xiàn)；等強(qiáng)度懸臂梁窄端插入傳壓片中，寬端上下表面分別粘有相同的兩個(gè)支座，中部上下表面分別粘有光纖光柵；光纖導(dǎo)線(xiàn)一端與光纖光柵相連，另一端從與上述光纖光柵同側(cè)的支和受壓殼中引出；傳感部件位于兩個(gè)完全相同的傳壓部件中部，將兩個(gè)完全相同的傳壓部件和一個(gè)傳感部件壓合封裝形成雙膜式傳感探頭。一般情況下，單膜式傳感探頭用于淺水環(huán)境的監(jiān)測(cè)，雙膜式傳感探頭用于深水環(huán)境的監(jiān)測(cè)，也可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。本專(zhuān)利技術(shù)的光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅鞯闹谱靼惭b方法，包括以下幾個(gè)步驟 (al)制作固定架； (a2)制作測(cè)壓管管身，安裝透水板； (a3)制作光纖光柵傳感探頭，安裝到測(cè)壓管管身上； (a4)將測(cè)壓管裝到固定架保護(hù)段內(nèi)，頂部用螺栓固定； (a5)將鋼護(hù)筒套在固定架外，底端卡入錨固段的固定槽中； (a6)將鋼護(hù)筒連同光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅饕煌⒅糜诒O(jiān)測(cè)點(diǎn)； (a7)錘擊鋼護(hù)筒，使鋼護(hù)筒帶動(dòng)光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅鞑迦胪林校敝凉饫w光柵水土界面?zhèn)鞲衅鞯拇蟛糠衷谒两缑嬉韵隆⑿〔糠衷谒两缑嬉陨系奈恢茫缓缶従徧崞痄撟o(hù)筒，使水下泥沙逐漸充填空隙，并與測(cè)壓管接觸，完成光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅髯罱K的安裝。如果安裝位置附近有水下結(jié)構(gòu)，也可將固定架安裝在水下結(jié)構(gòu)表面。上述單膜式傳感探頭的制作方法，包括以下幾個(gè)步驟 (a31_l)將光纖光柵粘接在向背環(huán)一側(cè)的測(cè)壓膜上； (a32-l)將光纖導(dǎo)線(xiàn)一端與光纖光柵連接，另一端引出背環(huán)； (a33-l)在光纖光柵另一側(cè)表面覆蓋一層防水膜； (a34-l)將面板與背環(huán)通過(guò)第一螺母對(duì)接。所述雙膜式傳感探頭的制作方法，包括以下幾個(gè)步驟 (a31-2)將兩片內(nèi)膜分別焊接在兩塊受壓殼內(nèi)壁凹槽外邊緣； (a32-2)在內(nèi)膜與受壓殼封閉端之間充填硅油； (a33-2)將等強(qiáng)度懸臂梁窄端插入傳壓片，寬端上下表面粘上支座，中部上下表面貼有光纖光柵； (a34-2)將光纖導(dǎo)線(xiàn)一端與光纖光柵連接,另一端從與上述光纖光柵同側(cè)的支座和受壓殼中弓I出； (a35-2)將傳感部安裝于兩個(gè)完全相同的傳壓部件中部，兩個(gè)完全相同的傳壓部件和一個(gè)傳感部件壓合封裝形成雙膜式傳感探頭。本專(zhuān)利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn) (1)本專(zhuān)利技術(shù)的測(cè)量原理簡(jiǎn)單可靠，不易受水土輸移的干擾在水中的傳感器，管內(nèi)是水壓力，而管外是水體輸移產(chǎn)生的水壓力，所以光纖光柵傳感探頭測(cè)量得到的有可能是正壓力(迎水流面)，也可能是負(fù)壓力(背水流沖刷面)。在土中的傳感器，由于受到土壓力的作用，無(wú)論水流發(fā)生什么樣的變化，其光纖光柵傳感探頭測(cè)量得到的都是正壓力，如果土體出現(xiàn)輸移，也只會(huì)在最多兩個(gè)方向上造成比靜止土壓力更大的側(cè)向土壓力，在同一高度的三只傳感器總有一只可以不受土體輸移的干擾。因此，水體輸移只會(huì)對(duì)水中的探頭造成正負(fù)變動(dòng)，對(duì)土中的傳感器沒(méi)有任何干擾，而土體輸移的干擾也可以通過(guò)同一高度的三只傳感器進(jìn)行抵消； (2)本專(zhuān)利技術(shù)的光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅髦谱鞴に嚭?jiǎn)單。本專(zhuān)利技術(shù)主要有固定架和多個(gè)光纖光柵傳感探頭組成的測(cè)壓管，制作簡(jiǎn)單，安裝方本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟冢喊ü潭芎蜏y(cè)壓管；固定架包括保護(hù)段（1）和錨固段（2），錨固段（2）固定在保護(hù)段（1）的底端；錨固段（2）頂面周向開(kāi)有固定槽（21），用于在光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅靼惭b時(shí)固定鋼護(hù)筒，保護(hù)段（1）在固定槽（21）范圍之內(nèi)；測(cè)壓管包括測(cè)壓管管身（3）、透水板（32）和若干個(gè)相同的光纖光柵傳感探頭（31），并設(shè)有注水口（33）；透水板（32）固定在測(cè)壓管管身（3）的一個(gè)側(cè)面，其他三側(cè)沿縱向分別布置若干個(gè)相同的光纖光柵傳感探頭（31），注水口（33）焊接在測(cè)壓管管身（3）的頂端；測(cè)壓管固定在固定架的保護(hù)段（1）內(nèi)。
【技術(shù)特征摘要】
1.光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟?包括固定架和測(cè)壓管；固定架包括保護(hù)段(I)和錨固段(2)，錨固段(2)固定在保護(hù)段(I)的底端；錨固段(2)頂面周向開(kāi)有固定槽(21)，用于在光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅靼惭b時(shí)固定鋼護(hù)筒，保護(hù)段(I)在固定槽(21)范圍之內(nèi)；測(cè)壓管包括測(cè)壓管管身(3)、透水板(32)和若干個(gè)相同的光纖光柵傳感探頭(31)，并設(shè)有注水口(33);透水板(32)固定在測(cè)壓管管身(3)的一個(gè)側(cè)面，其他三側(cè)沿縱向分別布置若干個(gè)相同的光纖光柵傳感探頭(31)，注水口(33)焊接在測(cè)壓管管身(3)的頂端；測(cè)壓管固定在固定架的保護(hù)段(I)內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟?所述注水口(33)可密封。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟?所述光纖光柵傳感探頭(31)為單膜式傳感探頭或雙膜式傳感探頭。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟?所述單膜式傳感探頭包括面板(3110)、背環(huán)(3111)、測(cè)壓膜(3112)、防水膜(3113)、刻寫(xiě)在光纖導(dǎo)線(xiàn)(314)上的光纖光柵(313)、第一螺母(3114)和第二螺母(3115);光纖導(dǎo)線(xiàn)(314)的一端與光纖光柵(313)相連，另一端從背環(huán)(3111)中引出；光纖光柵(313)粘接在測(cè)壓膜(3112)和防水膜(3113)內(nèi)側(cè)的中間部位；面板(3110)上開(kāi)有一圓洞，圓洞面積為面板(3110)面積的1/2 4/5，背環(huán)(3111)為金屬環(huán)片，背環(huán)(3111)的內(nèi)直徑與圓洞內(nèi)直徑相同，測(cè)壓膜(3112)和防水膜(3113)固定在面板(3110)與背環(huán)(3111)之間，面板(3110)與背環(huán)(3111)通過(guò)第一螺母(3114)固定連接，單膜式傳感探頭通過(guò)第二螺母(3115)固定在測(cè)壓管管身(3)上。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖光柵水土界面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟?所述雙膜式傳感探頭包括兩個(gè)完全相同的傳壓部件和一個(gè)傳感部件，傳壓部件包括受壓殼(3120)、內(nèi)膜(3123)和硅油(3122);受壓殼(3120)為一次成型的金屬蓋，受壓殼(3120)的蓋面作為外膜，受壓殼(3120)內(nèi)壁側(cè) 面靠近封閉端開(kāi)有一圈凹槽，內(nèi)膜(3123)焊接在該凹槽外邊緣；硅油(3122)填充在內(nèi)膜(3123)和受壓殼(3120)封閉端之間；傳感部件包括傳壓片(3124)、等強(qiáng)度懸臂梁(3125)、支座(3126)、光纖光柵(313)和光纖導(dǎo)線(xiàn)(314);等強(qiáng)度懸臂梁(3125)窄端插入傳壓片(3124)中，寬端上下表面分別粘有相同的兩個(gè)支座(3126)，中部上下表面分別粘有光纖光柵(313);光纖導(dǎo)線(xiàn)(314) —端與光纖光柵(313)相連,另...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：丁勇，方海東，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：南京理工大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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