[发明专利]分布式光纤形变探测管及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种探测装置及其检测方法，尤其是一种由主筒体的两端经阶梯接头分别与两副筒体的一端口连接成管腔体且管腔体内布设光纤单元通道及预留光纤卷，并经过管腔体自由端与介质形变对堤坝、地基等受力变形进行检测的分布式光纤形变探测管及其检测方法。

背景技术

现有用于防洪的土石坝和用于河道整治的丁坝，其缺陷是堤坝本身的结构松散，洪水来临时极易被淘刷而发生坍塌，对附近居民的生命和财产安全构成重大威胁。因此，实时对堤坝的形变进行监测，对及时发现险情，有效指导抗洪救灾具有重要意义，同时，堤坝的长期监测也为堤坝安全监控和专家维护系统提供重要信息。堤防形变是堤防发生坍塌的先期反映。目前，人们对堤防形变先期征兆的探索与研究也在不断深入之中，但多为点式监测研究。在利用渗压计、土压计等点式传感器采集信息时，由于各个传感器点之间的距离以百米和千米计，因此会出现监测盲区及重大险情漏测现象，影响监测预警的可靠性。分布式光纤传感监测系统是近年来许多国家竞相研发的先进技术之一，它具有抗电磁干扰、防燃、防爆、抗腐蚀、具有大功率信号传输带宽、实时、动态和分布广的诸多优点，从而弥补了堤防点式监测盲区的数据空缺，提高了堤防形变监测的精度。

目前，应用光纤测量技术实施形变的分布测量理论和技术已相对成熟，如基于布里渊散射光的时域光纤网监测技术(Brillouin Optical Time-Domain Reflectormeter，BOTDR)利用了光纤的背向布里渊散射频率对光纤所受外界的应变作用十分敏感，且有很好的线性关系。该项技术已在许多国家获得应用，我国正在开展该类技术的引进与应用研究，如南京大学地球科学系在南京大学初步建成了我国第一个分布式光纤应变监测实验室，购进了日本NTT公司生产的AQ8602光纤应变/损失分析仪，承担了如南京玄武湖隧道、南京鼓楼隧道等重大工程的远程分布式光纤应变监测研究项目；长江三峡大坝的温度监测也采用了分布式光纤传感技术。但上述的引进与应用研究主要针对光纤在混凝土和建筑物等刚性和半钢性结构上粘贴和埋设等相关使用环境和技术。瑞士和韩国有研究者在山体滑坡监测上有过尝试，采用山顶上打桩并将传感光缆固定于沉桩上，从监测光缆的拉伸或收缩判断山体的走向，其使用前提是要有好的打桩基础。

但是，应用光纤测量技术在土石堤坝，尤其是土坝类控导工程中使用时，介质属于松散体，且这类水工结构物大都修建在河滩、湖岸，没有好的基础，很难有稳定的桩基。光纤之所以能实现传感，其实质在于有可以参考的基准进而得到被测部位的相对变形，如果没有固定的参考点，其变形的量化就无法实现。设计和构建合理有效的传感光纤(野外使用经特殊处理过的光缆)的支撑结构，研究传感光纤(光缆)的现场铺设、粘贴和固定技术是分布式光纤传感技术相对成熟后亟待解决的应用瓶颈问题。

此外，中国专利公开号CN 1598479A的“土体深部变形分布式光纤测量方法和系统”披露了其测量系统由测斜管、分布式光纤传感线路、数据采集设备、计算机控制模块、数据处理模块等几部分构成。它采用基于自发布里渊散射原理的分布式光纤传感技术，通过将传感光纤按照全面粘贴的方式铺设在测斜管的外表面，然后将测斜管埋设在土体中，用于测量土体的变形或位移。当深部土体发生位移，土体将带动测斜管发生变形，测斜管外壁的应变量也随之变化，采用BOTDR可以直接测量出粘贴在测斜管外壁的光纤的应变分布，数据的采集过程由计算机控制模块实现，采集到的数据同样由计算机控制模块导入数据处理模块，按照一定的算法计算出测斜管的变形量，从而得到土体的变形或位移。该技术方案的不足之处是传感光纤按照全面粘贴的方式铺设在测斜管的外表面，它会因测斜管的厚度而对实际变形量有衰减，系统的灵敏度受光纤的粘贴、测斜管厚度和材料等的影响很大，且传感裸光纤直接铺设在测斜管的外表面，容易受到土体中石子、砂粒等的挤压而折断，从而失去信息源导致整个系统的瘫痪。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的在于提供一种分布式光纤形变探测管，它既结构简单、方便操作、易于维护，又能充分利用介质形变的信息源，实现精确、快速、安全地监测堤坝、基坑等工程，而且便于普及推广。本发明的另一目的在于提供一种实现上述分布式光纤形变探测管的检测方法。