專利名稱:一種水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括抗力邊柱和邊柱體，抗力邊柱和邊柱體之間連接有接漏卡槽和外通道框體，接漏卡槽上依次設有若干個接漏導槽，接漏導槽的下端連接有傳力測桶，傳力測桶內設有助流傳力體，助流傳力體的下端連接有彈性容納囊；外通道框體一端設有初始鎖纖端，初始鎖纖端上設有過渡轉輪，抗力邊柱上設有激光激發(fā)源，激光激發(fā)源與傳感光纜連接，傳感光纜依次穿過過渡轉輪、光纖通道、末端鎖纖端與位于邊柱體上的光源探測器連接。本實用新型采用可直接探測光纖光信息的變化來間接完成水工程中滲流流速的監(jiān)測，在提高水工結構體滲流流速的監(jiān)測效果及降低實際工程監(jiān)測成本方面具有突出優(yōu)勢。
【專利說明】
一種水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)，屬于監(jiān)測水工程滲流流速領域。
【背景技術】
[0002]在長期的水荷載作用下，對于河堤、海堤、大壩、水閘等水工程而言，其滲流隱患時有發(fā)生，尤其在伴隨有滲流流速較大的惡劣情況，若發(fā)現(xiàn)不及時、處理不得當，較短的時間內就可能引發(fā)滲透破壞甚至造成潰決的極端情況，此類現(xiàn)象對于土石堤壩尤為突出。但是，滲流破壞致因復雜、隨機性強、監(jiān)測難度大，致使該項技術的工程實際推廣嚴重滯后于相關理論的研究。
[0003]常規(guī)及直接監(jiān)測手段不能非?？煽康亍⒕_地辨識出滲流水體的總量及滲流流速的性態(tài)，探究先進、實用、可靠的滲流流速性態(tài)辨識裝置與方法一直是工程界和學術界高度關注的重要課題。隨著水工程建設的不斷增加和水利現(xiàn)代化要求的不斷提高，分布式光纖傳感技術已成功應用于大體積混凝土溫度和裂縫監(jiān)測、邊坡監(jiān)測、面板堆石壩面板裂縫監(jiān)測等，與此同時，滲流流速監(jiān)測、檢測的方法和手段也取得了長足發(fā)展，但是水工結構體滲流流速監(jiān)測探索仍處于研究階段，在定量監(jiān)測的理論和實際工程布設應用上還存在許多問題亟待研究和解決，急切需要從水工程滲流監(jiān)測特點和特殊工作環(huán)境出發(fā)，研制一種理論簡單、實用化強、便于長久使用的滲流流速光纖感知系統(tǒng)。
【實用新型內容】
[0004]實用新型目的:為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本實用新型提供一種水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)，采用可直接探測且可定量化的光纖光信息的變化來間接完成水工程中滲流流速的監(jiān)測，在提高水工結構體滲流流速的監(jiān)測效果及降低實際工程監(jiān)測成本方面具有突出優(yōu)勢。
[0005]技術方案:為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的一種水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)，包括抗力邊柱和邊柱體，所述抗力邊柱和邊柱體之間連接有位于上端的接漏卡槽和位于下端的外通道框體，所述接漏卡槽上依次設有若干個漏斗狀的接漏導槽，接漏導槽的下端連接有傳力測桶，傳力測桶內設有助流傳力體，助流傳力體的下端連接有彈性容納囊，在助流傳力體上設有一圈雙側彈力體，雙側彈力體是一種內有彈簧結構的一種可伸縮的結構體;所述外通道框體一端設有初始鎖纖端，初始鎖纖端上設有過渡轉輪，抗力邊柱上設有激光激發(fā)源，激光激發(fā)源與傳感光纜連接，外通道框體上設有光纖通道，傳感光纜依次穿過過渡轉輪、光纖通道、末端鎖纖端與位于邊柱體上的光源探測器連接，所述末端鎖纖端位于邊柱體上;所述彈性容納囊通過雙側彈力體上下移動，彈性容納囊下移過程中觸壓在傳感光纜上。
[0006]作為優(yōu)選，所述接漏導槽中設有聚水蜂孔。
[0007]作為優(yōu)選，所述初始鎖纖端上設有鎖緊傳感光纜的鎖緊裝置。
[0008]作為優(yōu)選，所述鎖緊裝置包含水平橫板和沿水平橫板對稱分布的一對夾具體，所述水平橫板位于左擋板和右擋板之間，左擋板和右擋板位于支撐臺上，所述夾具體通過引導豎桿與移動板連接，水平橫板上設有水平槽，引導豎桿沿水平槽移動，移動板上連接有穿過水平槽的豎鉚桿，豎鉚桿的兩端均設有螺帽，通過移動移動板帶動夾具體移動，夾具體從而夾緊傳感光纜。
[0009]作為優(yōu)選，所述夾具體包含引導橫桿、軸向拉壓柱和手握式阻力體，所述引導橫桿的一端與引導豎桿連接，引導橫桿的另一端與軸向拉壓柱連接，軸向拉壓柱套在橫向主軸上，橫向主軸固定在左擋板或右擋板上，橫向拉壓柱與弧形狀的手握式阻力體連接。
[0010]作為優(yōu)選，所述抗力邊柱的頂端為三角尖坡。
[0011]作為優(yōu)選，所述接漏導槽的側面設有若干個引水倒斜孔和導水底排孔。
[0012]有益效果:本實用新型的水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)，依靠獨特設計的傳力測桶、鎖纖固纖模塊和光纖傳導模塊，創(chuàng)新性地將即時匯集的滲流水體通過借助容積可自適應調整的彈性容納囊，探測滲水壓力所作用處的光信息損耗間接監(jiān)測滲流水體的滲流性態(tài)，實現(xiàn)及時追蹤水工程滲流流速分布情況，本實用新型立點新穎、思路清晰、構造簡潔、精確靈敏，具有分布式、多向性、同步性等優(yōu)勢，在有力提升追蹤水工程滲流流速的效果方面具有重大優(yōu)勢。
【附圖說明】

[0013]圖1為本實用新型的結構圖；
[0014]圖2為圖1中初始鎖纖端的細部結構圖；
[0015]圖3為圖1的左視圖；
[0016]圖4為圖1中彈性容納囊的細部結構圖；
[0017]圖5為圖1中接漏導槽的平面圖；
[0018]圖6為圖1中第一傳力測桶的細部結構圖；
[0019]其中:100-三角尖坡，101-接漏卡槽，102-轉輪槽，103-過渡轉輪，104-轉柄，105-傳感光纜，106-激光激發(fā)源，107-抗力邊柱，108-外通道框體，109-第一傳力測桶，110-第二傳力測桶，111-第三傳力測桶，112-第四傳力測桶，113-第五傳力測桶，114-光源探測器，115-末端鎖纖端，116-4點標示，117-13點標示，118-(:點標示，119-0點標示，1204點標示，121-邊柱體，122-初始鎖纖端，200-聚水蜂孔，201-接漏導槽，202-引水倒斜孔，203-斗槽下漏口，204-導水底排孔，205-助流傳力體，206-雙側彈力體，207-彈性容納囊，300-移動板，301-左擋柱，302-右擋柱，303-豎鉚桿，304-傳力組件，305-引導豎桿，306-引導橫桿，307-橫向主軸，308-水平橫板，309-螺槽，310-軸向拉壓柱，311-手握式阻力體，312-轉柄，313-傳感通道。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。
[0021]本具體實例以水工程中的堤壩建筑物為例進行細致說明，如圖1至圖6所示，本實用新型的一種水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)，具體包括了 5個傳力測桶、I個鎖纖固纖模塊和I個光纖傳導模塊;每個傳力測桶通過長度為lm、厚度為0.1m、寬度為0.5m的接漏卡槽101和與傳力測桶等尺寸的外通道框體108與光纖傳導模塊相連，鎖纖固纖模塊通過初始鎖纖端122和末端鎖纖端115與光纖傳導模塊相連;所述的傳力測桶包括構建傳力測桶框架結構的助流傳力體205，助流傳力體205主要作用是將斗槽下漏口 203出來的水引至彈性容納囊207中，其結構可以是原桶形的，所述的鎖纖固纖模塊包括了初始鎖纖端122和末端鎖纖端115，所述的光纖傳導模塊包括了構建光纖傳導模塊框架結構的激光激發(fā)源106和轉輪槽102。
[0022]在本實用新型中，高度為0.6m的第一傳力測桶109的頂端布設有直徑為0.3m的接漏導槽201，且直徑為0.3m的接漏導槽201開設有布滿接漏導槽201頂面的5排聚水蜂孔200，在5排聚水蜂孔200的底端安裝有直徑為0.06m的斗槽下漏口 203，第一傳力測桶109的底端布設有由超材料構成的彈性容納囊207，這種超材料是一種在某些性質上類似液體的固體晶格，在彈性容納囊207受到上部水壓力作用時，能夠使外部施加的壓力無偏離地作用到彈性容納囊207與傳感光纜105相接觸的區(qū)域，直徑為0.3m的接漏導槽201通過長度為0.5m、直徑為0.15m的助流傳力體205與超材料構成的彈性容納囊207相連接，超材料構成的彈性容納囊207直接與光纖傳導模塊中的ZTT-GYXTW-4Ala型傳感光纜105相接觸。
[0023]在本實用新型中，直徑為0.3m的接漏導槽201的周圍側布設有多層的向斗槽下漏口 203傾斜的直徑為0.02m引水倒斜孔202，在接漏導槽201的底側布置有一排4個導水底排孔204，且在助流傳力體205的中間位置處布置有內置彈簧結構的雙側彈力體206，流動的滲流水體通過5排聚水蜂孔200進入到長度為0.5m、直徑為0.15m的助流傳力體205后，內置彈簧結構的雙側彈力體206會受到滲水壓力的作用而發(fā)生伸縮變形，進而控制著超材料構成的彈性容納囊207與傳感光纜105的接觸作用，為了便于定位監(jiān)測，在第一傳力測桶109的底端還排設了A點標示116。
[0024]在本實用新型中，光纖傳導模塊中的ZTT-GYXTW_4Ala型傳感光纜105的初始段和末端分別與Sapphire激光CF125型激光激發(fā)源106及CdS型光源探測器114相對接，ZTT-GYXTW-4Ala型傳感光纜105依次貫穿直徑為0.02m的過渡轉輪103、初始鎖纖端122、外通道框體108，最后通過直徑為0.02m的末端鎖纖端115到達CdS型光源探測器114。
[0025]在本實用新型中，初始鎖纖端122的底端是凹槽型結構形式的撐力臺314，在凹槽型結構形式的撐力臺314上面左右側安裝有長方體布置形式的左擋柱301和右擋柱302，在長方體布置形式的左擋柱301和右擋柱302之間貫通有長方形布置形式的水平橫板308，且通過長度為0.2m、寬度為0.02m的水平橫板308上的移動板300將控制圓柱形的引導豎桿305的水平移動，引導豎桿305的移動帶動了圓柱形的引導橫桿306的水平移動，圓柱形的引導橫桿306的運動牽動著上端為長方體、下端為半圓體的傳力組件304的水平移動，且長方體結構形式的軸向拉壓柱310套在圓柱形的橫向主軸307上，在上端為長方體、下端為半圓體的傳力組件304的帶動下長方體結構形式的軸向拉壓柱310通過弧形形式的手握式阻力體311對具有外層彈性體的傳感通道313施加環(huán)向荷載，進而控制著ZTT-GYXTW-4Ala型傳感光纜105的運動，進而鎖緊固定傳感光纜105。
[0026]在本實用新型中，直徑為0.02m的過渡轉輪103通過直徑為0.0lm的轉柄104被固定于長度為0.8m、厚度為0.2m、寬度為0.5m的外通道框體108靠近初始鎖纖端122側處，Sapphire激光CF125型激光激發(fā)源106被固定于長方體結構的抗力邊柱107下端側，在靠近直徑為0.0lm的轉柄104處布設有直徑為0.02m的轉輪槽102，其可以將直徑為0.02m過渡轉輪103安裝在直徑為0.02m的轉輪槽102內，直徑為0.02m的末端鎖纖端115及Sapphire激光CF125型光源探測器114被固定于長方體形式布設的邊柱體121中。
[0027]在本實用新型中，長度為lm、厚度為0.1m、寬度為0.5m的接漏卡槽101的頂端布設有傾角45°的三角尖坡100，長度為lm、厚度為0.1m、寬度為0.5m的接漏卡槽101的底端布置長方體結構的抗力邊柱107，除了與長度為lm、厚度為0.1m、寬度為0.5m的接漏卡槽101接觸連接的第一傳力測桶109外，還同時布設有與第一傳力測桶109結構形式及尺寸相類似的第二傳力測桶110、第三傳力測桶111、第四傳力測桶112和第五傳力測桶113，且與第二傳力測桶110、第三傳力測桶111、第四傳力測桶112和第五傳力測桶113對應分布有B點標示117、C點標示118、D點標示119和E點標示120。
[0028]選擇黃河上游段的堤壩工程滲流流速的待測區(qū)域進行測試，首先需要確定待測區(qū)域的范圍，將待監(jiān)測設備進行組裝，后將待監(jiān)測設備埋設到該堤壩測滲區(qū)域，后進行數(shù)據(jù)的采集及處理分析，一種水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)，具體包括以下實例步驟:
[0029]第一步，通過長度為lm、厚度為0.1m、寬度為0.5m的接漏卡槽101將第一傳力測桶109、第二傳力測桶110、第三傳力測桶111、第四傳力測桶112和第五傳力測桶113安裝到傾角為45°的三角尖坡100中，且在五個傳力測桶底端安裝上A點標示116、B點標示117、C點標示118、D點標示119和E點標示120，通過外通道框體108將五個傳力測桶的底端固定于抗力邊柱107中；
[0030]第二步，打開豎鉚桿303上的螺槽309，旋動移動板300，帶動長方體結構形式的軸向拉壓柱310，將卡在傳感通道313上弧形形式的手握式阻力體311移開，將21'1'-6￥乂了胃-4八1&型傳感光纜105穿過傳感通道313，后轉動雙側的移動板300同步對傳感通道313施加環(huán)向約束，轉動移動板300使得橫向主軸307上的軸向拉壓柱310產(chǎn)生對傳感通道313的周向約束，此時，通過豎鉚桿303，利用螺槽309將移動板300固定；
[0031]第三步，牽引21'1'-6￥乂了胃-441&型傳感光纜105通過直徑為0.02111的過渡轉輪103將其初始端引至激光激發(fā)源106處，后將傳感光纜105通過外通道框體108引至末端鎖纖端115上將其末端固定，最后將傳感光纜105的末端引至CdS型光源探測器114中，打開Sapphire激光CF125型激光激發(fā)源106，傳感光纜105將傳輸光源信息，在光源探測器114處會收集到激光激發(fā)源106發(fā)出的、經(jīng)過傳感光纜105后的光信息變化；
[0032]第四步，根據(jù)實際監(jiān)測范圍，確定需要安裝4套上述裝置，因此，不斷地重復I?4步驟，完成水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)的組裝工序，對待測堤防工程測試區(qū)域進行開挖，且埋設水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)，開啟控制CdS型光源探測器114的信息系統(tǒng)，基于不同的空間范圍，利用監(jiān)測系統(tǒng)的分布式特點，考慮時間變化的連續(xù)性，充分利用CdS型光源探測器114進行密集的時間間隔的信息采集，在三角尖坡100、引水倒斜孔202及導水底排孔204的作用下，該堤防工程待測區(qū)域內的滲流水體會通過聚水蜂孔200向助流傳力體205進行匯集，且匯聚的滲流水體通過彈性容納囊207對A點標示116、B點標示117、C點標示118、D點標示119和E點標示120處的傳感光纜105進行水壓力的荷載沖擊，ZTT-GYXTW-4Ala型傳感光纜105將在上述五個標示處發(fā)生光信息的改變，在不同滲流水體的作用下，五點標示處將受到不同程度滲流水體的水壓力作用，此時通過CdS型光源探測器114可以獲取五個標示處不同的光損耗值5*，在七=108時，51()分別為:0.781(^、1.541(18、3.62ldB、4.298dB、5.605dB，由于某時刻水壓力Pt計算公式為Pt = Pghs = PgV，其中，P為水的密度，其數(shù)值為1.0 X 103kg/m3，g為重力加速度，其數(shù)值為9.8kg/N，h為水位高度，單位為m，s為滲流水體的通過的截面面積，單位為m2，V為滲流水體的體積，單位為m3 ；且滲流水體的流速vt = V/ts，其中，t為時間，單位為s;則Pt = Pghs = PgV = Pgvtts,且某時刻水壓力Pt與該時刻下的光功率損耗有試驗擬合的計算公式Pt = f(&)，因此，光損耗值與滲流水體的流速可以建立起直接的函數(shù)關系式f(3t) =Pgvtts, BPf (5t)/(08七8) = ￥1；，通過監(jiān)測光損耗值31；數(shù)值就可以計算出對應的滲流水體的流速vt，通過本堤壩工程所監(jiān)測獲取的Pt = f (&)，具體為Pt = f (5t) =6 X exp(0.15 X 5t),貝丨Jf(3t) =Pgvtts具體表達為6 X exp(0.15 X 5t) =Pgvtts，即6 X exp(0.15 X 3t)/pgts = vt，s數(shù)值為25cm2，其中，當t為I Os時，通過CdS型光源探測器114探測的δt為0.781dB、3.621dB、l.541dB、5.605dB、4.298dB，通過6Xexp(0.15Xδt)/pgts=Vt公式計算得出此時的滲流流速分別為0.0271m/s、0.0422m/s、0.0308m/s、0.0568m/s、
0.0466m/s，最終完成該區(qū)域的滲流水體的監(jiān)測，實現(xiàn)對水工程滲流流速分布式光纖的即時追足示O
[0033]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)，其特征在于:包括抗力邊柱和邊柱體，所述抗力邊柱和邊柱體之間連接有位于上端的接漏卡槽和位于下端的外通道框體，所述接漏卡槽上依次設有若干個漏斗狀的接漏導槽，接漏導槽的下端連接有傳力測桶，傳力測桶內設有助流傳力體，助流傳力體的下端連接有彈性容納囊，在助流傳力體上設有一圈雙側彈力體;所述外通道框體一端設有初始鎖纖端，初始鎖纖端上設有過渡轉輪，抗力邊柱上設有激光激發(fā)源，激光激發(fā)源與傳感光纜連接，外通道框體上設有光纖通道，傳感光纜依次穿過過渡轉輪、光纖通道、末端鎖纖端與位于邊柱體上的光源探測器連接，所述末端鎖纖端位于邊柱體上;所述彈性容納囊通過雙側彈力體上下移動，彈性容納囊下移過程中觸壓在傳感光纜上。2.根據(jù)權利要求1所述的水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)，其特征在于:所述接漏導槽中設有聚水蜂孔。3.根據(jù)權利要求2所述的水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)，其特征在于:所述初始鎖纖端上設有鎖緊傳感光纜的鎖緊裝置。4.根據(jù)權利要求3所述的水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)，其特征在于:所述鎖緊裝置包含水平橫板和沿水平橫板對稱分布的一對夾具體，所述水平橫板位于左擋板和右擋板之間，左擋板和右擋板位于支撐臺上，所述夾具體通過引導豎桿與移動板連接，水平橫板上設有水平槽，引導豎桿沿水平槽移動，移動板上連接有穿過水平槽的豎鉚桿，豎鉚桿的兩端均設有螺帽，通過移動移動板帶動夾具體移動，夾具體從而夾緊傳感光纜。5.根據(jù)權利要求4所述的水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)，其特征在于:所述夾具體包含引導橫桿、軸向拉壓柱和手握式阻力體，所述引導橫桿的一端與引導豎桿連接，引導橫桿的另一端與軸向拉壓柱連接，軸向拉壓柱套在橫向主軸上，橫向主軸固定在左擋板或右擋板上，橫向拉壓柱與弧形狀的手握式阻力體連接。6.根據(jù)權利要求5所述的水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)，其特征在于:所述抗力邊柱的頂端為三角尖坡。7.根據(jù)權利要求1所述的水工程滲流流速分布式光纖即時追蹤系統(tǒng)，其特征在于:所述接漏導槽的側面設有若干個引水倒斜孔和導水底排孔。
【文檔編號】G01P5/26GK205720297SQ201620399145
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】蘇懷智, 楊孟
【申請人】河海大學