CN205642691U - 一种渗流监测用传感监测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种渗流监测用传感监测***，包括渗流性状时空监控装置和传感光纤测渗增敏装置，所述渗流性状时空监控装置包括竖承力载纤柱、外缘通管和传感光纤，所述竖承力载纤柱两边分别设有左承力横梁和右承力横梁，所述外缘通管套在竖承力载纤柱上，第二过渡圆端上方设有集纤盒，集纤盒内的传感光纤穿过外缘通管与含有测温装置的元件承载体连接，然后依次绕过第二过渡圆端、第一过渡圆端后穿过弹性装置，从第三过渡圆端引出。本实用新型提供具有布设便捷、分布式监测、高效性特点，其成本低廉、操作简单、效果极佳，一体化的监测技术在降低监测成本、提高监测精度及提升工程实用化能力等方面具有突出优势。

Description

一种渗流监测用传感监测***

技术领域

本实用新型涉及渗流监测用传感监测***，属于水工程健康监测领域。

背景技术

水工程是一项规模庞大，结构复杂、外部荷载多变的***工程，传统的研究多基于经典的数学和力学理论发展得到，多以定性、静态的角度分析堤防结构的安全特性，忽视了内部参数的变异性及动态性对工程结构本身的长效性影响，渗透破坏是影响水工建筑物安全的极为重要的因素之一，为能及时掌控水工结构物的渗流性态，需要在结构物内布置各种类型的传感器件。

而对于传统的传感装置而言，其经常会出现抗电磁干扰能力差、易受到潮湿环境影响、使用寿命短、单点单物理量监测、引线过多、极其容易出现测值漂移等影响监测效果的问题，因此，需要研发先进、实用的监测技术及设备，随着当前人们安全意识及监测技术的不断提升，衍生了一批有代表性的方法：超声波检测法、声学方法、磁粉法、探地雷达、示踪剂法等多种技术，但是该类新方法对水工程的渗流监测效果不大，需要对旧技术进行改进并探索新技术，分布式光纤监测技术是当前较为成熟的监测手段，具有抗电磁干扰能力强、不易受到外部环境影响、使用寿命长、可实现分布式多参量监测、不容易出现测值漂移、价格低廉、布设方便等优点，因此，基于传感光纤技术在水工程的应用研究意义极为重大，但是分布式光纤监测技术在水工程渗流监测方面的实用性较差，不能直接将其应用到水工程渗流监测领域中，需要对其进行改进与创新，提出与构建出一种可以真正实用化的基于分布式光纤技术的渗流监测用传感***。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种渗流监测用传感监测***，具有布设便捷、分布式监测、同步运行、流程化、高效性特点，其成本低廉、操作简单、效果极佳，可以实现全时域待测结构体的自动化信息采集，成系列化、一体化的监测技术在降低监测成本、提高监测精度及提升工程实用化能力等方面具有突出优势。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型的一种渗流监测用传感监测***，包括渗流性状时空监控装置和传感光纤测渗增敏装置，先通过传感光纤测渗增敏装置对传感光纤进行增敏处理，然后将传感光纤布设到渗流性状时空监控装置中进行监测；

所述渗流性状时空监控装置包括竖承力载纤柱、外缘通管和传感光纤，所述竖承力载纤柱两边分别设有左承力横梁和右承力横梁，所述外缘通管套在竖承力载纤柱上，竖承力载纤柱顶端设有第二过渡圆端，底端设有元件承载体，左承力横梁和右承力横梁两端分布设有第一过渡圆端和第三过渡圆端，在左承力横梁和右承力横梁下方均设有载纤圆环，载纤圆环通过转轴固定在连接柱上，连接柱安装在左承力横梁和右承力横梁上，第二过渡圆端上方设有集纤盒，集纤盒内的传感光纤穿过外缘通管与含有测温装置的元件承载体连接，然后以S型布设在竖承力载纤柱内，然后依次绕过第二过渡圆端、第一过渡圆端后穿过左承力横梁和右承力横梁下方的载纤圆环，从第三过渡圆端引出；

所述传感光纤测渗增敏装置包括PET材质制成的内隔热层，所述内隔热层的两侧依次设有PBT导热材料材质制成的内导热增强层和PET材质制成的外隔温增强层，所述内隔热层外包裹有超高分子量聚乙烯纤维制成的内超硬层，所述内导热增强层外包裹有PET材质制成的外传热层，所述外隔温增强层外包裹有聚甲基丙烯酸甲酯材质制成的外硬质层，传感光纤依次穿过外隔热增强层、内导热增强层、内隔热层、内导热增强层和外隔热增强层。

作为优选，所述左承力横梁和右承力横梁沿竖承力载纤柱的中心对称分布，左承力横梁和右承力横梁与竖承力载纤柱垂直衔接。

作为优选，所述外缘通管底端为尖角形，外缘通管底端的纵截面为梯形状，外缘通管底端的底面厚度大于其它侧面的厚度。

作为优选，所述外硬质层均通过支架安装有过渡轮，传感光纤一端分别穿过过渡轮后与增重垂直拉块连接。

作为优选，所述外隔热增强层、内导热增强层、内隔热层均为圆柱形，所述外硬质层、外传热层和内超硬层均为圆环形。

有益效果：本实用新型的渗流监测用传感监测***，其结构完整，流程化和自动化强，融合构建了内嵌渗流性状时空监控装置、传感光纤测渗增敏装置和渗流性态监测用传感光缆三大装置的渗流监测***，从基础传感光纤的研发到普通传感光纤的二次加工再到传感光纤载体的研制等系列化的产品与技术被提出，可实现时间与空间上横向与纵向的定量与定性评估，具有智能化、数字化、集成化和小型化优势，可实现多方向多精度梯度渗流特性辨识，极大地保证了该技术在实际工程中的应用和推广能力。

附图说明

图1为本发明的组成图。

图2为图1中渗流性状时空监控装置的结构示意图。

图3为图1中传感光纤测渗增敏装置的结构示意图。

图4为图3中1-1剖视结构示意图。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实施例选择水工程中黄河某堤防段作为渗流待监测区域，通过监测布设要求，该区域一共需要堤坝渗流性状时空监控装置的个数为5个，需要铺设GYTA53+33型传感光纤大约为200m，需要铺设渗流性态监测用传感光缆大约需要210m，将渗流性态监测用传感光缆布设在渗流性状时空监控装置中，且连同传感光纤测渗增敏装置一起布设在该堤防待监测区域中。

本实施例中，堤坝渗流性状时空监控装置，包括竖承力载纤柱120、外缘通管117和传感光纤116，所述竖承力载纤柱120两边分别设有左承力横梁102和右承力横梁121，所述外缘通管117套在竖承力载纤柱120上，竖承力载纤柱120顶端设有第二过渡圆端114，底端设有元件承载体119，左承力横梁102和右承力横梁121两端分布设有第一过渡圆端111和第三过渡圆端122，在左承力横梁102和右承力横梁121下方均设有载纤圆环106，载纤圆环106通过转轴105固定在连接柱104上，连接柱104安装在左承力横梁102和右承力横梁121上，第二过渡圆端114上方设有集纤盒115，集纤盒115内的传感光纤116穿过外缘通管117与含有测温装置的元件承载体119连接，然后以S型布设在竖承力载纤柱120内，然后依次绕过第二过渡圆端114、第一过渡圆端111后穿过左承力横梁102和右承力横梁121下方的载纤圆环106，从第三过渡圆端122引出。

在本实用新型中，所述左承力横梁102和右承力横梁121沿竖承力载纤柱120的中心对称分布，左承力横梁102和右承力横梁121与竖承力载纤柱120垂直衔接。所述外缘通管117底端为尖角形，外缘通管117底端的纵截面为梯形状，外缘通管117底端的底面厚度大于其它侧面的厚度。

传感光纤测渗增敏装置包括直径为8cm、长度为15cm、材质为超高分子量聚乙烯纤维的内超硬层312，直径为8cm、长度为15cm、PET材质的内隔热层311，直径为8cm、长度为50cm、PET材质的外传热层308，直径为8cm、长度为50cm、PBT导热材料材质的内导热增强层309，直径为8cm、长度为15cm、聚甲基丙烯酸甲酯材质的外硬质层306，直径为8cm、长度为15cm、玻纤增强30％PET材质的外隔温增强层307；其中，材质为超高分子量聚乙烯纤维的内超硬层312的内侧与PET材质的内隔热层311的外侧相连，材质为超高分子量聚乙烯纤维的内超硬层312紧邻PBT导热材料材质的内导热增强层309，PBT导热材料材质的内导热增强层309的外侧与外传热层308的内层相连接，PBT导热材料材质的内导热增强层309紧邻玻纤增强30％PET材质的外隔温增强层307，外隔温增强层307的外侧与外硬质层306的内侧相连接，通过内超硬层312将内隔热层311压制于GYTA53+33型传感光纤310的外周，通过直径为8cm、长度为15cm、PET材质的内隔热层311将外界的热量阻挡在内隔热层311外侧，材质为超高分子量聚乙烯纤维的内超硬层312可以起到保护PET材质的内隔热层311免受外界不利荷载的损坏，直径为8cm、长度为15cm、PET材质的外传热层308将PBT材质的内导热增强层309压制到GYTA53+33型传感光纤310的外周且起到保护PBT材质的内导热增强层309作用，直径为8cm、长度为15cm、PET材质的外传热层308可以更加快速有效地保证PBT材质的内导热增强层309将外界增加或者减少的热量有效地传递到GYTA53+33型传感光纤310上，PET材质的外隔温增强层307主要是隔绝最外端的GYTA53+33型传感光纤310与外界的热量交换，且聚甲基丙烯酸甲酯材质的外硬质层306主要是起到保护PET材质的外隔温增强层307免受外界破坏，由于外硬质层306和外隔温增强层307处于GYTA53+33型传感光纤310的外侧，外硬质层306的材料强度和外隔温增强层307的防渗能力都远大于内超硬层312和内隔热层311。

在本实用新型中，外形为长方体、重量为0.5kg的第一增重垂拉块300与直径为0.5cm的过渡轮301配套使用，外形为长方体、重量为0.5kg的第二增重垂拉块322与直径为0.5cm的首端过渡轮321配合使用，通过直径为0.5cm的首端过渡轮321将传感光纤310从外隔温增强层307内穿入，经过另一个外隔温增强层307穿出，在经过外形为长方体、重量为0.5kg的第二增重垂拉块322将首端处的GYTA53+33型传感光纤310拉直，后通过重量为0.5kg的第一增重垂拉块300将整个GYTA53+33型传感光纤310拉直，使得具有一定的预应力。

一种渗流监测用传感监测***的具体的运行步骤如下：

第一步，备制一根GYTA53+33型传感光纤，依据需要布设的长度为200m及5个区域需要进行增敏处理，将第一个需要增敏的区段的首端通过直径为0.5cm的首端过渡轮321、直径为0.5cm的末端过渡轮301，在GYTA53+33型传感光纤310的两端固定重量为0.5kg的第二增重垂拉块322和重量为0.5kg的第一增重垂拉块300，可以实现单端口5KN的荷载预拉伸力，封装内隔热层311、内导热增强层309、外隔温增强层307处的传感光纤310，静置一段时间之后，再对剩余的4段需要增敏处进行同样的上述处理；

第二步，配置四根等长度的紧套护层颜色为蓝、白、黄、红的普通传感光纤，依次对应第四传感光纤201、第二传感光纤212、第三传感光纤210、第一传感光纤204，使用交流电连接金属材质的三角内支架214，并对三角内支架214进行加热，待渗流性态监测用传感光缆被加热到一定程度后，停止对三角内支架214进行加热，然后等待半个小时后，观测第一传感光纤201、第二传感光纤212和第三传感光纤210温度降低程度，确定不同方向上监测精度梯度，最终完成渗流性态监测用传感光缆的装配与调试；

第三步，将渗流性态监测用传感光缆以S形布设在右承力横梁121上的载纤圆环106上，并通过左承力横梁102和右承力横梁121将堤坝渗流性状时空监控装置固定到该堤坝的待测区的A点处，通过右承力横梁121侧的第一过渡圆端111将传感光纤串联到下一个堤坝渗流性状时空监控装置中，直到待监测区域的A、B、C、D和E点布置了满足要求的五个堤坝渗流性状时空监控装置；

第四步，按照待监测区域的布设设计，将经过增敏处理的GYTA53+33型传感光纤沿着五个堤坝渗流性状时空监控装置经过的路线进行并行布设，从而实现同步监测，同步进行监测与比对分析；

第五步，待以上步骤完成之后，进行初期调试，并对初始结果进行记录，当不均匀分布的渗流水体会从不同方向将到达渗流性态监测用传感光缆周围，增敏处理后的传感光纤的光信息将会发生不断地变化，与此同时，通过第一隔渗增强段200和第一增渗加强段213、第二隔渗增强段211和第二增渗加强段208、第三隔渗增强段206和第三增渗加强段202联合协同作用，第四传感光纤201、第二传感光纤212和第三传感光纤210将从不同方向上快速地监测到渗流水体所带来的温度变化，将渗流性状时空监控装置中经过增敏处理的传感光纤与渗流性态监测用传感光缆的光信息变化按照布设路线进行绘制，通过与初始监测进行去初值处理及与第一传感光纤204进行比对分析后，绘制不同时刻的曲线，通过比对各曲线，进行渗流性态综合辨识与分析。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种渗流监测用传感监测***，其特征在于：包括渗流性状时空监控装置和传感光纤测渗增敏装置，先通过传感光纤测渗增敏装置对传感光纤进行增敏处理，然后将传感光纤布设到渗流性状时空监控装置中进行监测；

所述渗流性状时空监控装置包括竖承力载纤柱、外缘通管和传感光纤，所述竖承力载纤柱两边分别设有左承力横梁和右承力横梁，所述外缘通管套在竖承力载纤柱上，竖承力载纤柱顶端设有第二过渡圆端，底端设有元件承载体，左承力横梁和右承力横梁两端分布设有第一过渡圆端和第三过渡圆端，在左承力横梁和右承力横梁下方均设有载纤圆环，载纤圆环通过转轴固定在连接柱上，连接柱安装在左承力横梁和右承力横梁上，第二过渡圆端上方设有集纤盒，集纤盒内的传感光纤穿过外缘通管与含有测温装置的元件承载体连接，然后以S型布设在竖承力载纤柱内，然后依次绕过第二过渡圆端、第一过渡圆端后穿过左承力横梁和右承力横梁下方的载纤圆环，从第三过渡圆端引出；

所述传感光纤测渗增敏装置包括PET材质制成的内隔热层，所述内隔热层的两侧依次设有PBT导热材料材质制成的内导热增强层和PET材质制成的外隔温增强层，所述内隔热层外包裹有超高分子量聚乙烯纤维制成的内超硬层，所述内导热增强层外包裹有PET材质制成的外传热层，所述外隔温增强层外包裹有聚甲基丙烯酸甲酯材质制成的外硬质层，传感光纤依次穿过外隔热增强层、内导热增强层、内隔热层、内导热增强层和外隔热增强层。

2.根据权利要求1所述的渗流监测用传感监测***，其特征在于：所述左承力横梁和右承力横梁沿竖承力载纤柱的中心对称分布，左承力横梁和右承力横梁与竖承力载纤柱垂直衔接。

3.根据权利要求1所述的渗流监测用传感监测***，其特征在于：所述外缘通管底端为尖角形，外缘通管底端的纵截面为梯形状，外缘通管底端的底面厚度大于其它侧面的厚度。

4.根据权利要求1所述的渗流监测用传感监测***，其特征在于：所述外硬质层均通过支架安装有过渡轮，传感光纤一端分别穿过过渡轮后与增重垂直拉块连接。

5.根据权利要求1所述的渗流监测用传感监测***，其特征在于：所述外隔热增强层、内导热增强层、内隔热层均为圆柱形，所述外硬质层、外传热层和内超硬层均为圆环形。