CN100543498C - 隧道掌子面前方探水感应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种隧道掌子面前方探水感应装置，包括外管和内管，外管至少为一节，第一节外管内设有内管，第一节外管一端设有端盖，内管外表面刻槽，槽内敷设多个光纤光栅温度传感器，光纤光栅温度传感器与光栅信号解调处理装置连接。使用时，将外管拉直，带内管的一端在前，***隧道施工掌子面内打好的探测洞内，内管外表面的光纤光栅温度传感器即可感应到隧道掌子面前方岩体内温度变化，并将光信号传回信号解调处理装置内，通过信号处理判断即可确定掌子面前方岩体湿度变化和分布，从而间接判断岩体内水分布和突水情况，以利于施工期间水灾害监测。本发明使用光纤传感技术，抗干扰能力强，可靠性高，具有结构简单、使用方便、判断准确等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种感应装置，具体地说是一种隧道掌子面前方探水感应传感器。
背景技术
我们知道，目前隧道施工掌子面前方水灾害探测多数是利用红外表面温度测量，从掌子面岩体表面的温度，推测湿度，间接知道前方水的情况，该技术探测掌子面前方水分布距离短，精度差，不准确。目前也有通过掌子面打孔后放入电磁温度传感器，但由于岩体孔内环境条件差，传统的传感器可靠性、抗干扰性，精确度等难以满足实际工程需要。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、使用方便、探测深度远、可靠性高、准确的隧道掌子面前方探水感应传感装置。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：一种隧道掌子面前方探水感应装置，包括外管和内管，所述的外管至少为一节，第一节外管内设有内管，内外管紧密结合，材料为传热性良好的同样材料，第一节外管一端设有端盖，内管外表面刻有槽，槽内敷设有多个光纤光栅温度传感器，多个光纤光栅温度传感器可串联或并联后经外管内光纤引出后与光信号解调处理装置连接。
所述的外管为三节，且各节之间铰接，可折叠。
所述的第一节外管一端开口，另一端封闭。
所述的内外管紧密配合，材料相同，可为钢管或热导效应良好的材料管。
本发明中的光信号解调处理装置是现有的设备，在此不再赘述。
使用时，将多个外管拉直，带内管的一端在前，***隧道施工掌子面内打好的探测洞内，内管外表面的光纤光栅温度传感器即可感应到隧道掌子面前方较远距离的岩体内温度变化，并将光信号传回信号解调处理装置内，通过信号处理判断即可确定掌子面前方岩体湿度变化和分布，从而间接判断岩体内水分布和突水情况，以利于施工期间水灾害监测。外管的长度和节数的多少可根据实际需要作相应的调整。本发明使用光纤传感技术，抗干扰能力强，可靠性高，具有结构简单、使用方便、判断准确等优点。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明的光纤光栅传感器传感光路图；
图3是本发明的光纤光栅传感器中心波长与温度的拟合曲线图；
其中1.外管，2.内管，3.光纤光栅温度传感器，4.端盖，5.入射光，6.反射光，7.透射光，8.光纤。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1中，外管1为铰接与一起的可折叠的三节，第一节外管1内设有相同材料(如铜或钢等导热好的材料)内管2，以利于温度传递。第一节外管1右端开口，开口处设有端盖4。内管2外表面槽上设有多个光纤光栅温度传感器3，光纤光栅温度传感器3可串联或并联后，光纤8从外管另一端引出后与光信号解调处理装置连接。
使用时，将外管1拉直，带内管2的一端在前，***隧道施工掌子面内打好的探测洞内，内管2外表面的光纤光栅温度传感器即可感应到隧道掌子面前方岩体内温度变化，并将光信号传回信号解调处理装置内，通过信号处理判断即可确定掌子面前方岩体湿度变化和分布，从而间接判断岩体内水分布和突水情况，以利于施工期间水灾害监测。
该发明的光纤光栅采用布拉格光栅，是一种性能优异的窄带反射滤波无源器件。当宽带光波在布拉格光栅中传输时，入射光波将在相应的频率上被反射回来，如图2，其中，5表示入射光，6表示反射光，7表示透射光。根据光纤耦合模理论，当宽带光在布拉格光栅中传输时，会产生模式耦合，满足反射条件λB＝2neffΛ的光被反射，其中neff为有效折射率，Λ为光栅周期，λB为反射中心波长。
光纤光栅周围温度场的变化对光栅周期和有效折射率均有影响，进而使得布拉格波长出现漂移。从物理本质看，外界温度变化引起波长移位的原因主要有3个方面：光纤热膨胀效应、光纤热光效应及光纤内部热应力引起的弹光效应。图3为该设计探水感应光纤光栅传感器在不同温度下的中心波长的变化，可以看出温度与中心波长的漂移线性度良好。
Claims (3)
1.一种隧道掌子面前方探水感应装置，包括外管和内管，其特征在于：所述的外管为三节，且各节之间铰接，第一节外管内设有内管，第一节外管一端设有端盖，内管上刻有槽，槽内敷设有多个光纤光栅温度传感器，多个光纤光栅温度传感器串联或并联后经外管内光纤引出后与光信号解调处理装置连接。
2.根据权利要求1所述的隧道掌子面前方探水感应装置，其特征在于：所述的第一节外管一端开口，另一端封闭。
3.根据权利要求1所述的隧道掌子面前方探水感应装置，其特征在于：所述的内管和外管均为铜管、钢管或热导效应良好的材料管。
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