CN106840013A - 滑移监测传感器及边坡滑移应变监测*** - Google Patents

滑移监测传感器及边坡滑移应变监测*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种滑移监测传感器及边坡应变监控***。其中，该滑移监测传感器包括弹性基体；光纤光栅阵列，包括多个光纤光栅，多个光纤光栅封装于弹性基体内部。通过上述方式，当滑移监测传感器所处位置的应变发生变化时，弹性基体将在应变的作用力下发生形变，同时，弹性基体内部设置的多个光纤光栅的折射率调制周期以及纤芯折射率也随着弹性基体的形变发生变化，进而导致光纤光栅的反射光的波长发生变化，因此，本发明能通过各光纤光栅反馈应变变化前后的反射光波长的变化，有效监测边坡内部的滑移情况。

Description

滑移监测传感器及边坡滑移应变监测***
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种滑移监测传感器及边坡滑移应变监测***。
背景技术
路基沉降和边坡健康监测***能最大限度地确保公路安全运营、预诊断边坡病害和延长公路使用寿命。目前，传感器诸如静力水准仪、GPS等先进技术已经逐渐在边坡监测***中应用，但此类传感器只能监测边坡表面的滑移情况，不能监测边坡内部的滑移情况，因此，当边坡内部发生滑移而表面没有滑移情况，该类监测不到有效的滑移信息。
发明内容
本发明提供一种滑移监测传感器及边坡滑移应变监测***，以实现对边坡内部滑移情况的有效监测。
为解决上述技术问题，本发明提供一种滑移监测传感器，该滑移监测传感器包括：弹性基体；光纤光栅阵列，包括多个光纤光栅，多个光纤光栅封装于弹性基体内部。
其中，滑移监测传感器还包括耦合器，设置于弹性基体内，耦合器的输入端分别连接每个光纤光栅；耦合器的输出端从弹性基体中引出以连接光纤光栅波长解调仪。
其中，每个光纤光栅上设置有身份标识信息，其中，身份标识信息包括光纤光栅的中心波长与位置。
其中，每个光纤光栅的中心波长不同，且多个光纤光栅等间距设置。
其中，光纤光栅阵列包括3-6个光纤光栅。
其中，弹性基体为弹性管体，多个光纤光栅周向等间距设置于弹性管体的内侧壁上。
其中，弹性管体的长度为2000-3000mm，弹性管体的半径为10-15mm。
其中，多个光纤光栅通过胶粘固定于弹性管体的内侧壁上。
为解决上述技术问题，本发明提供一种边坡滑移应变监测***，该边坡滑移应变监测***包括：上述滑移监测传感器，用于监测滑移监测传感器四周受到应力时边坡的滑移情况；光纤光栅波长解调仪，耦接滑移监测传感器；远程监控与报警终端，连接光纤光栅波长解调仪。
其中，边坡滑移应变监测***包括多个滑移监测传感器，且所述滑移监测传感器首尾链接设置。
本发明滑移监测传感器中，当滑移监测传感器所处位置的应变发生变化时，弹性基体将在应变的作用力下发生形变，同时，弹性基体内部设置的多个光纤光栅的折射率调制周期以及纤芯折射率也随着弹性基体的形变发生变化，进而导致光纤光栅的反射光的波长发生变化，因此，本发明能通过各光纤光栅反馈应变变化前后的反射光波长，有效监测边坡内部的滑移情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，进一步可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明滑移监测传感器第一实施例的结构示意图；
图2是本发明滑移监测传感器第二实施例的结构示意图；
图3是本发明边坡滑移监测***一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1是本发明滑移监测传感器第一实施例的结构示意图，本实施例的滑移监测传感器10包括弹性基体11及光纤光栅阵列12。
弹性基体11可以在滑移监测传感器10所处环境的应变发生变化时，在应变的作用力下发生形变，并可以在作用力消失后恢复原状。具体地，弹性基体11的材质可以是PVC(Polyvinyl chloride，聚氯乙烯)、PA(Polyamide，聚酰胺，俗称尼龙)或橡胶，但不仅限于此。弹性基体11可以是弹性管体，进一步地，弹性管体的长度为2000-3000mm，半径为10-15mm，弹性基体11也可以是弹性柱体，但不仅限于此，具体可根据实际需要决定。
进一步地，光纤光栅阵列12包括多个光纤光栅121，且多个光纤光栅121封装于弹性基体11内部。在本实施例中，光纤光栅阵列12包括3个光纤光栅121，分别是第一光纤光栅121a、第二光纤光栅121b以及第三光纤光栅121c，但本发明不限制光纤光栅121的个数。
具体地，第一光纤光栅121a、第二光纤光栅121b以及第三光纤光栅121c周向等间距设置于弹性基体11的内侧壁上，即每两个相邻的光纤光栅121之间圆弧所对应的圆心角为120度，以监测滑移监测传感器10所处边坡内部位置各方位的滑移情况。当然，在其他实施例中，第一光纤光栅121a、第二光纤光栅121b以及第三光纤光栅121c也可以周向不等间距设置于弹性基体11内侧壁上。其中，光纤光栅121的固定方式可以是粘贴式，如通过胶粘固定于弹性管体的内侧壁上，其中，胶水可以是环氧胶水，光纤光栅121的固定方式也可以是卡入式，但不仅限于此。
光纤光栅121的传感信号为波长调制，其反射的中心波长与折射率调制周期以及纤芯折射率有关。当弹性基体11因所处环境的应变发生形变时，光纤光栅121的折射率调制周期以及纤芯折射率也发生变化，进而导致光纤光栅121的反射光的波长发生变化，具体地，当弹性基体11发生弯曲时，位于弹性基体11曲率半径大的附近位置的光纤光栅121反射的中心波长增大，位于弹性基体11曲率半径小的附近位置的光纤光栅121反射的中心波长变小。因此，滑移监测传感器10能通过各光纤光栅121反馈应变变化前后反射光波长的变化至纤光栅波长解调仪20，从而有效监测滑移检测传感器10所处边坡内部位置的滑移情况。
为使光纤光栅波长解调仪20获得各光纤光栅121反馈的应变变化前后反射光波长后，进一步利用应变变化前后反射光波长进行分析计算，以得出滑移检测传感器10所处边坡内部位置的滑移大小并得出滑移的主方向，需要把光纤光栅121的输出端从弹性基体11中引出以耦接光纤光栅波长解调仪20。为节省空间，在本实施例中，光纤光栅121的输出端从弹性基体11中引出后可以通过耦合器30进一步连接光纤光栅波长解调仪20，当然，光纤光栅121的输出端从弹性基体11中引出后可以直接连接光纤光栅波长解调仪20。
具体地，光纤光栅121的输出端从弹性基体11中的引出方式包括：弹性基体11是封闭式时，可以在弹性基体11的一端或者侧壁上设置一开口111，以从开口111中引出光纤光栅121的输出端。弹性基体11是开放式时，即弹性基体11的两端敞开，光纤光栅121的输出端可以直接从弹性基体11的一端引出，但不仅限于此。在本实施例中，光纤光栅121的输出端从弹性基体11中的引出方式为在封闭式的弹性基体11的侧壁上设置一开口111以引出。
为使光纤光栅波长解调仪20能有效识别各个光纤光栅121反射的光，从而判断出边坡的主滑移方向以及滑移大小，每个光纤光栅121上标有确定的身份标识信息，包括光纤光栅121的中心波长与位置。
具体地，本实施例采用波分复用技术，每个光纤光栅121采用不同的布拉格中心反射波长，这样，滑移监测传感器10任一光纤光栅121附近的应变发生变化，都会被光纤光栅波长解调仪20获得，并通过波长的不同确定应变发生的具***置。光纤光栅121的中心波长可为1525～1565nm，但不仅限于此。在一应用例中，第一光纤光栅121a的中心波长为1525nm，第二光纤光栅121b的中心波长1535nm，第三光纤光栅121c的中心波长1545nm，具体可根据实际需要决定。
位置信息包括光纤光栅121固定于弹性基体11的具体方位，若滑移监测传感器10应用于滑移监测传感器40中，则光纤光栅121的位置信息进一步包括光纤光栅121投入应用时所处的深度，以判断滑移发生的具***置，但不仅限于此。
光纤光栅波长解调仪20接收各光纤光栅121应变变化前后反射光波长后，进一步通过计算各方位的滑移大小并确定滑移的主方向，滑移大小的计算方式具体如下(以第一光纤光栅121a为例)：
滑移值(mm)＝(λ1正在采集-λ1初始值)×位移系数
其中，λ1为第一光纤光栅121a的中心波长；“λ1初始值”为弹性基体11未发生形变，如滑移监测传感器10未投入使用时，光纤光栅波长解调仪20采集的第一光纤光栅121a反射的中心波长；“λ1正在采集”为滑移监测传感器10投入使用时，光纤光栅波长解调仪20采集的第一光纤光栅121a反射的中心波长；位移系数由经验值或实验值获得，可以为0.028-0.033mm/pm，但不仅限于此，具体根据实际需要决定。
同样地，可以计算第二光纤光栅121b与第三光纤光栅121c所处方位的滑移大小，在此不再赘述。
在计算出第一光纤光栅121a、第二光纤光栅121b以及第三光纤光栅121c所处方位的滑移值大小后，即可通过比较判断第一光纤光栅121a、第二光纤光栅121b以及第三光纤光栅121c的最大值，即可得到滑移监测传感器10所处边坡内部位置的主滑移方向，例如，若利用第一光纤光栅121a应变变化前后反射的波长所计算出的滑移值为最大，则可判断出第一光纤光栅121a所处的方位为该滑移监测传感器10所处边坡内部位置滑移的主方向。
通过上述实施例，当滑移监测传感器所处位置的应变发生变化时，弹性基体将在应变的作用力下发生形变，同时，弹性基体内部设置的多个光纤光栅的折射率调制周期以及纤芯折射率也随着弹性基体的形变发生变化，进而导致光纤光栅的反射光的波长发生变化，因此，本发明能通过各光纤光栅反馈应变变化前后的反射光波长，有效监测边坡内部的滑移情况。
请参阅图2，图2是本发明滑移监测传感器第二实施例的结构示意图。具体地，本实施例的滑移监测传感器40与第一实施例的滑移监测传感器10的区别在于，本实施例的滑移监测传感器40的光纤光栅阵列12包括6个光纤光栅121，分别是第一光纤光栅121a、第二光纤光栅121b、第三光纤光栅121c、第四光纤光栅121d、第五光纤光栅121e以及第六光纤光栅121f，且本实施例的滑移监测传感器40进一步包括耦合器13。
进一步地，耦合器13设置于弹性基体11内，耦合器13的输入端分别连接第一光纤光栅121a、第二光纤光栅121b、第三光纤光栅121c、第四光纤光栅121d、第五光纤光栅121e以及第六光纤光栅121f，耦合器13的输出端从弹性基体11中引出以连接光纤光栅波长解调仪20。
具体地，耦合器13的输出端从弹性基体11中的引出方式包括：弹性基体11是封闭式时，可以在弹性基体11的一端或者侧壁上设置一开口111，以从开口111中引出耦合器13的输出端。弹性基体11是开放式时，即弹性基体11的两端敞开，耦合器13的输出端可以直接从弹性基体11的一端引出，但不仅限于此。在本实施例中，耦合器13的输出端从弹性基体11中的引出方式为在开放式的弹性基体11的一端引出。
本实施例的滑移监测传感器40的具体实现方式可参考第一实施例的滑移监测传感器10的描述，在此不再赘述。
本实施例的滑移监测传感器通过在弹性基体内部设置有一耦合器，且耦合器的输入端分别连接各光纤光栅，耦合器的输出端连接连接光纤光栅波长解调仪，能节约传输光缆，进而节省空间，进一步地，本实施例的滑移监测传感器设置有6个光纤光栅，相比于第一实施例的滑移监测传感器，本实施例的滑移监测传感器的监测密度更高，从而能更灵敏并准确的监测边坡内部的滑移情况。
在其他实施例中，滑移监测传感器的光纤光栅阵列12可以设置4或5个光纤光栅121，但不仅限于此，具体可根据实际决定。
请参阅图3，图3是本发明边坡滑移监测***一实施例的结构示意图，本实施例的边坡滑移监测***50包括多个滑移监测传感器51，光纤光栅波长解调仪52以及远程监控与报警终端53，其中，多个滑移监测传感器40首尾链接设置。
在本实施例中，边坡滑移监测***50包括3个滑移监测传感器51，但本发明不限制滑移监测传感器的数量，具体可根据实际需要决定。滑移监测传感器51可以是上述实施例中的滑移监测传感器10，也可以是滑移监测传感器40，或者滑移监测传感器10与滑移监测传感器40的结合，具体不作限定。
进一步地，边坡滑移监测***50包括宽带光源(图中未给出)，以为滑移监测传感器51中的各个光纤光栅121提供光源。光纤光栅波长解调仪52分别耦接3个滑移监测传感器51，以实时接收各光纤光栅121反射的中心波长，并利用应变变化前后光纤光栅反射光波长计算各方位光纤光栅121的滑移值，从而实现对滑移监测传感器51四周受到应力时边坡的滑移情况的监测。光纤光栅波长解调仪52进一步通过有线或无线的方式与远程监控与报警终端53相连，光纤光栅波长解调仪52在间接检测到滑移监测传感器53四周的应变发生变化时，通过有线或无线方式将预警信息传送至远程监控与报警终端53，从而引起报警。
本实施例中多个滑移监测传感器51首尾链接设置，且滑移监测传感器51中各个光纤光栅121具有确定的身份识别信息，包括各光纤光栅121的深度及方位信息，具体可参照上述滑移监测传感器实施例中的描述，在此不再赘述，因此，边坡滑移监测***50能准确监测边坡任意深度的滑移状态。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种滑移监测传感器，其特征在于，包括：
弹性基体；
光纤光栅阵列，包括多个光纤光栅，所述多个光纤光栅封装于所述弹性基体内部。
2.根据权利要求1所述的滑移监测传感器，其特征在于，所述滑移监测传感器还包括耦合器，设置于所述弹性基体内，所述耦合器的输入端分别连接每个所述光纤光栅；所述耦合器的输出端从所述弹性基体中引出以连接光纤光栅波长解调仪。
3.根据权利要求1所述的滑移监测传感器，其特征在于，每个所述光纤光栅上设置有身份标识信息，其中，所述身份标识信息包括所述光纤光栅的中心波长与位置。
4.根据权利要求3所述的滑移监测传感器，其特征在于，每个所述光纤光栅的所述中心波长不同，且多个所述光纤光栅等间距设置。
5.根据权利要求1所述的滑移监测传感器，其特征在于，所述光纤光栅阵列包括3-6个光纤光栅。
6.根据权利要求1所述的滑移监测传感器，其特征在于，所述弹性基体为弹性管体，所述多个光纤光栅周向等间距设置于所述弹性管体的内侧壁上。
7.根据权利要求6所述的滑移监测传感器，其特征在于，所述弹性管体的长度为2000-3000mm，所述弹性管体的半径为10-15mm。
8.根据权利要求6所述的滑移监测传感器，其特征在于，所述多个光纤光栅通过胶粘固定于所述弹性管体的内侧壁上。
9.一种边坡滑移应变监测***，其特征在于，包括：
如权利1至8任一项所述的滑移监测传感器，用于监测所述滑移监测传感器四周受到应力时边坡的滑移情况；
光纤光栅波长解调仪，耦接所述滑移监测传感器；
远程监控与报警终端，连接所述光纤光栅波长解调仪。
10.根据权利要求9所述的应变监测***，其特征在于，所述边坡滑移应变监测***包括多个所述滑移监测传感器，且所述所述滑移监测传感器首尾链接设置。
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