專利名稱：基于復(fù)合光纖裝置的多參數(shù)檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合光纖裝置實(shí)時(shí)采集三維力學(xué)信息，實(shí)現(xiàn)變形(包括應(yīng)力、應(yīng)變)及移(運(yùn))動(dòng)方向同步檢測(cè)的技術(shù)，根據(jù)檢測(cè)需要，所述復(fù)合光纖裝置可同時(shí)布設(shè)超聲探頭、水聽(tīng)器、聲聽(tīng)器、壓力監(jiān)測(cè)、各種傳感器等設(shè)備，研制為基于復(fù)合光纖裝置的多參數(shù)檢測(cè)儀，實(shí)現(xiàn)被測(cè)體變形、位移方向、溫度、濕度、壓力、密度、聲波信號(hào)等多參數(shù)信息實(shí)時(shí)獲取，為滑坡等地質(zhì)災(zāi)害、隧道和大壩等構(gòu)筑物的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)提供實(shí)時(shí)遙測(cè)、準(zhǔn)確有效的預(yù)測(cè)新技術(shù)和手段。
背景技術(shù)：
我國(guó)地理?xiàng)l件復(fù)雜，滑坡等邊坡失穩(wěn)災(zāi)害發(fā)生頻次高、受災(zāi)面廣，是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)僅2005、2006兩年便發(fā)生邊坡失穩(wěn)、地面塌陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害近11萬(wàn)余起，致1200余人死亡，近800人受傷，200多人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失80億元。地質(zhì)災(zāi)害已成為威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全、影響國(guó)計(jì)民生的最主要自然災(zāi)害之一，準(zhǔn)確有效的監(jiān)測(cè)、早期預(yù)知、及時(shí)防范無(wú)疑是減輕災(zāi)害損失最有效的途徑。
分布式、實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程獲知地質(zhì)體內(nèi)部力學(xué)信息，及時(shí)準(zhǔn)確判斷災(zāi)害前巖體、土體的異常狀態(tài)，是有效監(jiān)測(cè)邊坡、大壩、隧道、地基等穩(wěn)定的基本保證。在現(xiàn)有的中觀層面監(jiān)測(cè)方法中，地球物理方法和測(cè)斜儀(傾斜儀)可以比較準(zhǔn)確地確定運(yùn)動(dòng)方向，但實(shí)時(shí)性測(cè)量和遙測(cè)效果較差，而且儀器本身價(jià)格昂貴(國(guó)外傾斜儀售價(jià)達(dá)$8000/臺(tái)，其導(dǎo)管只能使用一次，售價(jià)達(dá)$30-50/m)，難以廣泛推廣。同軸電纜和光纖都可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和遠(yuǎn)程獲取數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)各種原因產(chǎn)生的變形，是最近研究的熱點(diǎn)，國(guó)外材性較好的同軸電纜達(dá)$13/m，其連接件達(dá)$100/個(gè)，國(guó)內(nèi)的材料價(jià)格相對(duì)較低，但材性與國(guó)外的相差較大，現(xiàn)在還主要集中在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)階段；而且同軸電纜不能確定移(運(yùn))動(dòng)方向，標(biāo)定缺陷能力不足，有學(xué)者建議在同軸電纜上以固定間隔作初始缺陷，但該方法的精度需要提高；基于同軸電纜的時(shí)域反射(TDR)監(jiān)測(cè)技術(shù)國(guó)外有成功報(bào)道，但該方法在無(wú)剪切力作用時(shí)敏感性差，初始精度高、行程大的測(cè)量不能同時(shí)被實(shí)現(xiàn)。
光時(shí)域反射技術(shù)(BOTDR)因其諸多優(yōu)點(diǎn)光信號(hào)損耗小，最大測(cè)距達(dá)80km，可判斷缺陷位置等，逐步在土木工程領(lǐng)域廣泛運(yùn)用。單根光纖價(jià)格低廉，能比較方便地確定變形的位置，無(wú)需做初始缺陷，已有學(xué)者嘗試將單根光纖用于邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證了可行性。但其測(cè)量行程很小，僅為3mm，不能進(jìn)行大形變(位移)的監(jiān)測(cè)，而且也不能確定移(運(yùn))動(dòng)方向；現(xiàn)有的光纖編織復(fù)合材料是將光纖纏繞在尼龍筋等材料上埋入被測(cè)體測(cè)量變形，具有大應(yīng)變測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用較多，在邊坡、大壩等領(lǐng)域未見(jiàn)應(yīng)用，而且它仍不能確定運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的方向。
我國(guó)在該領(lǐng)域的原創(chuàng)研究起步較晚，TDR及BOTDR的應(yīng)用都還處于實(shí)驗(yàn)室階段，某些核心技術(shù)受制于國(guó)外是設(shè)備價(jià)格高昂、監(jiān)測(cè)成本過(guò)高的主要原因。而且目前國(guó)內(nèi)外的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法都不能確定滑體的滑移量；因此，為邊坡、大壩、隧道、地基等穩(wěn)定監(jiān)測(cè)尋找新的有效方法和儀器意義重大！發(fā)明的內(nèi)容為了彌補(bǔ)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于復(fù)合光纖裝置多參數(shù)檢測(cè)儀。該基于復(fù)合光纖裝置多參數(shù)檢測(cè)儀具有較高的初始測(cè)量精度、能判定移(運(yùn))動(dòng)方向、對(duì)無(wú)剪切作用仍然敏感性高、具有較大測(cè)量行程可以實(shí)現(xiàn)大形變(位移)監(jiān)測(cè)等功能，設(shè)置多種傳感器或超聲探頭、聲(水)聽(tīng)器可實(shí)現(xiàn)被測(cè)物體三維空間不同層面的力學(xué)、位移、溫度、濕度、密度、結(jié)構(gòu)性狀等多參數(shù)信息實(shí)時(shí)采集，利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存、計(jì)算機(jī)智能分析技術(shù)，對(duì)目標(biāo)物體內(nèi)部狀態(tài)和性質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的綜合判斷，為后續(xù)決策提供準(zhǔn)確、及時(shí)的信息。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的即一種基于復(fù)合光纖裝置的多參數(shù)檢測(cè)儀，包括復(fù)合光纖裝置及接收處理信號(hào)的主機(jī)；其特征是復(fù)合光纖裝置包括基材及以基材為載體的光纖，其中基材具有受力承載面，在所述承載面的正面或/和反面上安裝至少一根光纖，所述光纖隨受力承載面的形變而產(chǎn)生輸出信號(hào)的改變。
所述基材為可以相互連接的單元體，所述基材單元體之間通過(guò)連接而構(gòu)成具有多受力承載面的立體形狀，如圓柱體、多面柱或多面體。所述立體形狀的長(zhǎng)度可以通過(guò)基材單元的連接得到延伸。通過(guò)不同受力承載面上光纖因受到拉壓而產(chǎn)生輸出信號(hào)改變，來(lái)判定受力的方向。
上述基材上設(shè)置有傳感器，它們選自溫度、濕度、壓力、位移、應(yīng)變、密度等傳感器中的至少一種。所述基材上還設(shè)置有超聲探頭、聲聽(tīng)器、水聽(tīng)器中的至少一種。它們通過(guò)導(dǎo)線與主機(jī)連接。
使用時(shí)，上述具有多受力承載面的立體形狀基材的中空部分裝有填充材料，其外圍包裹灌漿材料。
所述主機(jī)由光纖多路復(fù)用裝置、光纖行程記錄儀(根據(jù)監(jiān)測(cè)需要取舍)、光發(fā)生器、接收裝置(如光功率計(jì)等)、匹配電源電路、主機(jī)CPU、顯示裝置、控制面板等組成，并配備有相應(yīng)的分析軟件、圖像儲(chǔ)存及回放裝置。上述裝置的工作原理是光發(fā)生器發(fā)射穩(wěn)定光源，復(fù)合光纖裝置中的光纖完成信息的采集，光纖行程記錄儀記錄在荷載作用下光纖的運(yùn)動(dòng)距離，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)對(duì)采集到的信息進(jìn)行加工、處理、分析、計(jì)算；根據(jù)監(jiān)測(cè)需要，在主機(jī)CPU控制下，通過(guò)控制面板上的操控系統(tǒng)可啟動(dòng)或切換到不同參數(shù)的檢測(cè)模式，使配備的超聲探頭、水聽(tīng)器、聲聽(tīng)器、各種傳感器等設(shè)備分別采集相應(yīng)的信息，采集的信息輸入主機(jī)CPU，利用計(jì)算機(jī)相應(yīng)的軟件分析系統(tǒng)及圖像處理技術(shù)，綜合后得到檢測(cè)體一種或多種光、電、聲、壓力、密度、溫度等資料，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)信息采集、數(shù)據(jù)智能化處理、結(jié)果顯示一體化，全面準(zhǔn)確判斷被測(cè)體的異常狀態(tài)、早期預(yù)警、早期預(yù)防。
本發(fā)明在進(jìn)行監(jiān)測(cè)應(yīng)用時(shí)，將復(fù)合光纖裝置基材單元體根據(jù)需要按一定大小和形狀拼接在一起，當(dāng)基材只有一個(gè)受力承載面時(shí)，可以預(yù)埋在需要隨時(shí)監(jiān)測(cè)已知壓力方向的受力情況的建筑構(gòu)件或建筑體中，如建筑預(yù)制件、道路、橋梁等部位；當(dāng)基材被拼接成立體形狀，具有若干個(gè)受力承載面時(shí)，可以埋在隨時(shí)需要檢測(cè)未知壓力方向及受力情況的建筑體或地質(zhì)體中，如處于環(huán)境比較復(fù)雜的道路、大壩、滑坡地帶等，由于復(fù)合光纖裝置的每個(gè)受力承載面在埋入被測(cè)體前進(jìn)行了方位的標(biāo)定，并事先將不同承載面的光纖編號(hào)，安裝在每個(gè)受力承載面上的光纖即代表了不同的方位，當(dāng)被測(cè)體受荷產(chǎn)生變形，傳遞至復(fù)合光纖裝置受荷、變形，只要所述基材的受力承載面稍有變形改變，光纖受荷載后會(huì)產(chǎn)生微彎損耗，引起光纖微彎擾動(dòng)物理量的變化，光功率計(jì)便可測(cè)知很微小的輸出信號(hào)改變，從而使本復(fù)合光纖裝置可監(jiān)測(cè)到受力承載面受到的微小壓力，如感知到滑坡滑動(dòng)面上很微小的位移，使其具有較高的初始測(cè)量精度；光纖根據(jù)不同的變形程度產(chǎn)生不同的微彎損耗或彎曲損耗，隨著荷載的增加，光纖連同基材共同在水、空氣或其他填充材料內(nèi)運(yùn)動(dòng)一段距離，先產(chǎn)生彎曲才會(huì)被剪斷，從而使其具有較大的測(cè)量行程，可以實(shí)現(xiàn)大形變(位移)的監(jiān)測(cè)；與荷載來(lái)向距離最近的光纖最先受力產(chǎn)生相應(yīng)的變形，在測(cè)讀儀上表現(xiàn)為光信號(hào)的損耗，根據(jù)受外荷載后最先發(fā)生光信號(hào)損耗的光纖所代表的方位，便可確定運(yùn)動(dòng)的方向；根據(jù)光時(shí)域反射理論，光纖即將被剪斷時(shí)引起測(cè)讀儀上背向散射的尖峰，據(jù)此可判定產(chǎn)生移(運(yùn))動(dòng)的荷載發(fā)生的位置。
根據(jù)監(jiān)測(cè)需要，在復(fù)合光纖裝置基材合適的位置，同時(shí)布設(shè)數(shù)量和功率不等的超聲探頭、水聽(tīng)器、聲聽(tīng)器、壓力監(jiān)測(cè)等設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)體三維力學(xué)、位移、大小形變、溫度、濕度、密度、壓力、聲波、性狀等綜合信息的實(shí)時(shí)遙測(cè)采集，達(dá)到多參數(shù)監(jiān)測(cè)。復(fù)合光纖裝置還包括可校準(zhǔn)方位的裝置，以保證復(fù)合光纖裝置在埋設(shè)過(guò)程中因被扭動(dòng)等原因而不易錯(cuò)位。
同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明產(chǎn)生的積極效果是(1)、準(zhǔn)確高效本發(fā)明巧妙地利用柱狀空間架構(gòu)構(gòu)建了復(fù)合光纖裝置，利用光纖對(duì)微彎損耗的高敏感性使其具有較高的初始測(cè)量精度，光纖連同基材在填充材料內(nèi)先彎曲，運(yùn)動(dòng)一段距離后才會(huì)被剪斷，從而使其具有較大的測(cè)量行程；根據(jù)受外荷載后最先發(fā)生變形的光纖編號(hào)準(zhǔn)確判定位移(運(yùn))動(dòng)的方向；而光纖的距離標(biāo)定性可判定移(運(yùn))動(dòng)產(chǎn)生的位置，獲得的信息準(zhǔn)確全面。
(2)、簡(jiǎn)化操作、提高效率當(dāng)基材上設(shè)置有連接件時(shí)，可按監(jiān)測(cè)需要將基材組合拼裝，尺寸、長(zhǎng)短、形狀隨意可調(diào)，光纖可簡(jiǎn)便地穿入基材上的固定槽或穿孔中定位，將復(fù)合光纖裝置埋入被測(cè)體內(nèi)或粘附、纏繞于被測(cè)體外均可監(jiān)測(cè)，操控簡(jiǎn)單。檢測(cè)結(jié)果可經(jīng)顯示器實(shí)時(shí)顯示，使監(jiān)測(cè)直觀、明了。
(3)、多參數(shù)檢測(cè)利用復(fù)合光纖裝置上配備的超聲探頭、水聽(tīng)器、聲聽(tīng)器、多種傳感器等監(jiān)測(cè)設(shè)備，同時(shí)實(shí)現(xiàn)被測(cè)體三維力學(xué)、位移、大小形變、溫度、濕度、密度、壓力、聲波、結(jié)構(gòu)性狀等綜合信息的實(shí)時(shí)遙測(cè)采集，達(dá)到多參數(shù)監(jiān)測(cè)。
(4)、遠(yuǎn)程安全光纖傳輸損耗小，除了在測(cè)點(diǎn)附近布設(shè)接受信號(hào)裝置，光纖也可埋設(shè)數(shù)公里或數(shù)十公里，將信號(hào)數(shù)據(jù)傳到遠(yuǎn)方，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)遙測(cè)，不影響監(jiān)測(cè)的精度和準(zhǔn)確，使其功能更全、效率更高；而光纖對(duì)人體和環(huán)境無(wú)任何毒副作用，實(shí)現(xiàn)環(huán)保安全的監(jiān)測(cè)。
(5)、價(jià)格低廉基于復(fù)合材料的基材和光纖本身價(jià)格很低，而且一旦基材量產(chǎn)，價(jià)格將更低，降低地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。


本發(fā)明有如下附圖圖1為實(shí)施例中復(fù)合光纖裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A剖視圖；圖3復(fù)合光纖裝置組合截面形式示意圖；圖4基于復(fù)合光纖裝置的多參數(shù)檢測(cè)儀主機(jī)工作框圖；圖5復(fù)合光纖裝置監(jiān)測(cè)邊坡、大壩示應(yīng)用實(shí)施例的示意圖。
圖中10-灌漿材料，11-基材，12-連接扣眼，13-連接扣頭，14-光纖槽，15-光纖，16-光纖槽蓋板，17-傳感器(可以是溫度、濕度、壓力、位移、應(yīng)變、密度等傳感器中的一種或任意組合)，18-傳感器連接線，19-超聲探頭、聲聽(tīng)器、水聽(tīng)器中的一種或任意組合，及各自信號(hào)線，20-填充材料(水、空氣、復(fù)合材料、砂漿或其他填充材料)，30-光發(fā)生器，31-復(fù)合光纖裝置，32-光纖行程記錄儀(根據(jù)監(jiān)測(cè)需要取舍)，33-接收裝置，34-主機(jī)，35-光纖多路復(fù)用裝置，36-匹配電源電路，37-主機(jī)CPU，38-顯示裝置，39-控制面板。B-復(fù)合光纖裝置。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)附圖1、2，圖中基于復(fù)合光纖裝置的多參數(shù)檢測(cè)儀包括復(fù)合光纖裝置B及接收處理信號(hào)的主機(jī)；其特征是復(fù)合光纖裝置包括基材11及以基材為載體的光纖15，其中基材具有受力承載面，在所述承載面的正面或/和反面上安裝至少一根光纖，所述光纖隨受力承載面的形變而產(chǎn)生輸出信號(hào)的改變。
在實(shí)施例中，復(fù)合光纖裝置的基材11由基材單元連接構(gòu)成，所述基材單元上設(shè)置有連接件，如扣眼12和扣頭13，基材單元的單面或雙面上具有定位和保護(hù)光纖的槽14或孔及槽的蓋板16，光纖穿入槽或穿孔后一端固定、在露出被測(cè)體外的另一端穿過(guò)一個(gè)帶有行程記錄儀的固定裝置，并可相對(duì)自由運(yùn)動(dòng)，不限基材上的光纖數(shù)量、排列形式以及固定與否，但要對(duì)這些光纖進(jìn)行編號(hào)?；纳弦苍O(shè)置一些可固定安放傳感器和超聲探頭等設(shè)備的空間。
所述基材單元之間的連接件不限于上述扣眼與扣頭，除了扣接方式的連接件外，還可以采用掛接、鉚接等成熟的連接方式。
參見(jiàn)附圖3，所述復(fù)合光纖裝置可根據(jù)監(jiān)測(cè)需要組合成不同的橫截面形狀，如圓形d、矩形c、方形a、三角形b1、b2，多邊形e等，其縱向長(zhǎng)度可以根據(jù)需要延伸，在截面的角點(diǎn)也可布置光纖保護(hù)槽允許光纖穿過(guò)。
上述復(fù)合光纖裝置B的基材11或其間的填充材料20具有匹配的強(qiáng)度，受力時(shí)光纖連同基材共同在填充材料內(nèi)運(yùn)動(dòng)一段距離，先產(chǎn)生彎曲才會(huì)被剪斷，具有較大的測(cè)量行程，可以實(shí)現(xiàn)大形變(位移)的監(jiān)測(cè)。
實(shí)施例中所述基材由具有一定塑性和剛度的材料制成(如硬質(zhì)塑料)，基本特征是受力后可發(fā)生一定變形。使用時(shí)，上述具有多受力承載面的立體形狀基材的中空部分裝有填充材料20，填充材料可以為水、空氣、復(fù)合材料、砂漿或其他材料，或支架，其外圍包裹的灌漿材料可為砂漿、混凝土等。
上述基材上設(shè)置有傳感器，它們選自現(xiàn)在已有市售的溫度、濕度、壓力、位移、應(yīng)變、密度等傳感器中的至少一種。例如壓力傳感器可選用航宇東方公司的成熟產(chǎn)品，溫濕度傳感器于杭州卓聯(lián)電子科技有限公司訂購(gòu)；密度傳感器型號(hào)為SK-8M01G，位移傳感器訂購(gòu)于浙江省億緯自動(dòng)化設(shè)備廠；應(yīng)變計(jì)型號(hào)為GHB-3型。所有傳感器均可根據(jù)檢測(cè)體實(shí)際情況變換安裝部位、數(shù)量、功率。
所述基材上還可設(shè)置有超聲探頭、聲聽(tīng)器、水聽(tīng)器中的至少一種。它們通過(guò)導(dǎo)線與主機(jī)連接。在實(shí)施例中所述其中超聲探頭由汕頭超聲研究所購(gòu)買，所述水聽(tīng)器可選用FBG光纖水聽(tīng)器。
參見(jiàn)附圖4，所述主機(jī)34包括光纖多路復(fù)用裝置35、光纖行程記錄儀32(根據(jù)監(jiān)測(cè)需要取舍)、光發(fā)生器30、接收裝置33(如光功率計(jì)等)、匹配電源電路36、主機(jī)CPU37、顯示裝置38、控制面板39，并配備有相應(yīng)的信號(hào)采集及分析軟件、圖像儲(chǔ)存及回放裝置。光纖多路復(fù)用裝置采用SD900系列光纖多路復(fù)用器，光纖行程記錄儀采用SURTRONIC3+記錄分析儀器；光發(fā)生器采用HP2100激光發(fā)生器；接收裝置采用如廣西OPM-1C型光功率計(jì)。
光發(fā)生器發(fā)射穩(wěn)定光源，復(fù)合光纖裝置中的光纖組完成信息的采集，光纖行程記錄儀記錄在荷載作用下光纖的運(yùn)動(dòng)距離，主機(jī)CPU為主機(jī)核心，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)對(duì)采集到的信息進(jìn)行加工、處理、分析、計(jì)算，根據(jù)監(jiān)測(cè)需要，主機(jī)CPU也可控制信號(hào)發(fā)射?？刂泼姘迮c主機(jī)CPU相連接，用于控制儀器狀態(tài)、輸入數(shù)據(jù)及資料、進(jìn)行測(cè)量等，在主機(jī)CPU控制下，通過(guò)控制面板上的操控系統(tǒng)啟動(dòng)或切換到不同參數(shù)的檢測(cè)模式，使配備的超聲探頭、水聽(tīng)器、聲聽(tīng)器、各種傳感器等設(shè)備分別采集相應(yīng)的信息，采集的信息也輸入主機(jī)CPU，實(shí)時(shí)經(jīng)計(jì)算機(jī)上相應(yīng)的軟件分析系統(tǒng)及圖像處理技術(shù)(也可儲(chǔ)存原始信號(hào)脫機(jī)回放分析)綜合處理后，得到檢測(cè)體一種或多種形變、位移、光、電、聲、壓力、密度、溫度等資料，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)信息采集、數(shù)據(jù)智能化處理、結(jié)果顯示一體化。
應(yīng)用實(shí)施例1本發(fā)明在邊坡、大壩、隧道、礦洞、地基等處的“微創(chuàng)”監(jiān)測(cè)此時(shí)可有兩種檢測(cè)方法(1)將復(fù)合光纖基材拼接成任意尺寸和形狀的平面檢測(cè)形式；(2)將復(fù)合光纖基材拼接成任意尺寸和形狀的立體檢測(cè)形式(有多個(gè)受力承載面)，立體檢測(cè)形式的中空部分的填充材料20根據(jù)監(jiān)測(cè)需要可采用水、泥漿、砂、砂漿、混凝土、復(fù)合材料等，也可以是支架，也可以不作填充。
①在邊坡、大壩、隧道、地基等被測(cè)體內(nèi)適當(dāng)位置鉆孔，或在待測(cè)體施工過(guò)程中預(yù)留孔道，將事先拼接好的平面(或立方體)復(fù)合光纖裝置埋入鉆孔內(nèi)(可根據(jù)鉆孔深度、監(jiān)測(cè)需要設(shè)置方位校準(zhǔn)裝置)。
②用強(qiáng)度適中的灌漿材料使復(fù)合光纖裝置與周邊的被測(cè)體緊密結(jié)合，以傳遞被測(cè)體的變形和荷載信息，選擇一種上述填充材料，在拼接成立體檢測(cè)形式的復(fù)合光纖基材中填充(或不填充)。當(dāng)被測(cè)體受荷(不論何種形式的荷載)產(chǎn)生變形或運(yùn)動(dòng)，根據(jù)光纖產(chǎn)生的微彎損耗、彎曲損耗和剪切變形等確定被測(cè)體的變形和運(yùn)動(dòng)大?。挥捎诠饫w按既定方式排列編號(hào)，根據(jù)產(chǎn)生損耗關(guān)系的位置和截面形式即可確定變形或運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的方向。
③根據(jù)監(jiān)測(cè)需要，在復(fù)合光纖裝置上適當(dāng)?shù)奈恢貌荚O(shè)數(shù)量和功率不等的溫度、濕度、壓力、密度等傳感器、或水聽(tīng)器、聲聽(tīng)器、超聲探頭等(可據(jù)需要選擇其中的一種或數(shù)種)，當(dāng)超聲探頭、水聽(tīng)器、聲聽(tīng)器不便安裝時(shí)，可將超聲探頭、水聽(tīng)器置入水囊，將聲聽(tīng)器置入氣囊。
④如邊坡不穩(wěn)受地質(zhì)結(jié)構(gòu)、雨濕等多因素影響，僅用復(fù)合光纖裝置監(jiān)測(cè)滑坡前力學(xué)狀態(tài)和方向，信息不夠全面準(zhǔn)確，故在復(fù)合光纖裝置上布設(shè)濕度、壓力傳感器、超聲探頭、聲聽(tīng)器或水聽(tīng)器；其中濕度、壓力傳感器監(jiān)測(cè)巖土體內(nèi)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)之前以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中濕度和壓力的綜合變化，超聲探頭則探測(cè)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和分層，聲聽(tīng)器或水聽(tīng)器可實(shí)時(shí)接受地質(zhì)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)或巖體破裂時(shí)產(chǎn)生的聲波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的信息獲取，更早更準(zhǔn)確地判斷破壞的產(chǎn)生，及時(shí)防備，為深入研究被測(cè)體變形破壞機(jī)制、尋求最佳防治方案奠定基礎(chǔ)。
⑤將復(fù)合光纖裝置、各種傳感器和探頭采集到的數(shù)據(jù)、信號(hào)通過(guò)多路復(fù)用裝置、接受器(如光功率計(jì)等)傳到主機(jī)，主機(jī)調(diào)用相關(guān)軟件進(jìn)行分析，并把監(jiān)測(cè)的情況和分析的結(jié)果以圖像和數(shù)據(jù)形式顯示出來(lái)，根據(jù)預(yù)定的閾值范圍做出相應(yīng)的破壞程度判斷，及早預(yù)警危險(xiǎn)狀況。
在應(yīng)用中，所述復(fù)合光纖裝置中還包括可校準(zhǔn)方位的裝置(如微型電子指南針FAD-DCM-V)，以保證復(fù)合光纖裝置在埋設(shè)過(guò)程中因被扭動(dòng)等原因而不易錯(cuò)位。
應(yīng)用實(shí)施例2邊坡、大壩、礦洞、隧道等“無(wú)創(chuàng)”監(jiān)測(cè)在邊坡、大壩、隧道等穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)中，將事先拼接好的平面(或立方體)復(fù)合光纖基材固定在被測(cè)體外部，檢測(cè)過(guò)程及原理、多參數(shù)的獲取方式與上述“微創(chuàng)”監(jiān)測(cè)類似。例如在用復(fù)合光纖裝置監(jiān)測(cè)礦洞穩(wěn)定的運(yùn)用中，在復(fù)合光纖裝置上同時(shí)布設(shè)壓力、密度等傳感器，獲得礦洞變形位移、受力方向、地質(zhì)土壤密度等綜合信息，為預(yù)測(cè)礦洞坍塌、早期防范提供全面準(zhǔn)確的依據(jù)。
應(yīng)用實(shí)施例3梁(含橋梁等)、柱檢測(cè)對(duì)于所述梁、柱，可根據(jù)其體積大小和監(jiān)測(cè)需要確定復(fù)合光纖裝置的尺寸、排列形式、形狀，其安裝方式可為預(yù)埋或梁柱內(nèi)鉆孔放置，也可黏、附于表面；可以與被測(cè)體平行布置，也可纏繞于表面，施測(cè)原理、多參數(shù)的獲取方式與前述實(shí)施例1、2相同。例如橋梁破壞受溫度、濕度、壓力等影響，在復(fù)合光纖裝置上布設(shè)溫度、濕度、壓力傳感器，可獲知橋梁破壞前變形、受力及內(nèi)部溫濕度變化等狀況，為早期判斷破壞前異常狀態(tài)、及時(shí)預(yù)警防范、以及深入研究橋梁破壞機(jī)制奠定基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種基于復(fù)合光纖裝置的多參數(shù)檢測(cè)儀，包括復(fù)合光纖裝置(B)及接收處理信號(hào)的主機(jī)；其特征是復(fù)合光纖裝置包括基材(11)及以基材為載體的光纖(15)，其中基材具有受力承載面，在所述承載面的正面或/和反面上安裝至少一根光纖，所述光纖隨受力承載面的形變而產(chǎn)生輸出信號(hào)的改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)合光纖裝置的多參數(shù)檢測(cè)儀，其特征是復(fù)合光纖裝置(B)的基材(11)由基材單元相互連接構(gòu)成，所述基材單元上設(shè)置有連接；所述基材單元體之間通過(guò)連接而構(gòu)成具有單個(gè)或多受力承載面的立體形狀，所述立體形狀的長(zhǎng)度可以通過(guò)基材單元的連接得到延伸，通過(guò)不同受力承載面上光纖因受到拉壓而產(chǎn)生輸出信號(hào)改變，來(lái)判定受力的方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于復(fù)合光纖裝置的多參數(shù)檢測(cè)儀，其特征是基材上設(shè)置有傳感器，它們選自溫度、濕度、壓力、位移、應(yīng)變、密度傳感器中的至少一種；它們通過(guò)導(dǎo)線與主機(jī)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于復(fù)合光纖裝置的多參數(shù)檢測(cè)儀，其特征是所述基材上還設(shè)置有超聲探頭、聲聽(tīng)器、水聽(tīng)器中的至少一種，它們通過(guò)導(dǎo)線與主機(jī)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于復(fù)合光纖裝置的多參數(shù)檢測(cè)儀，其特征是基材單元的單面或雙面上具有定位和保護(hù)光纖的槽(14)或孔及槽的蓋板(16)，光纖穿入槽或后一端固定，另一端與主機(jī)中的光纖多路復(fù)用裝置、光纖行程記錄儀、光發(fā)生器及接收裝置連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及的基于復(fù)合光纖裝置的多參數(shù)檢測(cè)儀包括復(fù)合光纖裝置及接收處理信號(hào)的主機(jī)；其中復(fù)合光纖裝置包括基材及以基材為載體的光纖，基材具有至少一個(gè)受力承載面，在所述承載面的正面或/和反面上安裝至少一根光纖，所述光纖隨受力承載面的形變而產(chǎn)生輸出信號(hào)改變。可實(shí)時(shí)采集三維力學(xué)信息，實(shí)現(xiàn)變形(包括應(yīng)力、應(yīng)變)及移(運(yùn))動(dòng)方向的同步檢測(cè)，所述復(fù)合光纖裝置可布設(shè)超聲探頭、水(聲)聽(tīng)器、多種傳感器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)被測(cè)體三維力學(xué)、形變、位移、溫度、濕度、壓力、密度、聲波信號(hào)、結(jié)構(gòu)性狀等綜合信息的實(shí)時(shí)采集，達(dá)到多參數(shù)監(jiān)測(cè)，為滑坡等地質(zhì)災(zāi)害、隧道、大壩、橋梁等構(gòu)筑物的穩(wěn)定監(jiān)測(cè)提供實(shí)時(shí)遙測(cè)、準(zhǔn)確有效的預(yù)測(cè)新技術(shù)和手段。
文檔編號(hào)G01L1/24GK101021432SQ200710078298
公開(kāi)日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者朱正偉, 劉東燕, 袁僑英, 張永興, 劉京城, 鄒建, 陳德玲, 彭文軒, 羅云菊, 李東升, 朱正毅 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)