[发明专利]螺旋平行传输线式的变形线分布测量传感器及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变形的线分布测量，尤其是涉及一种螺旋平行传输线式的对物体变形实行线分布测量的传感器及测量方法。

背景技术

现有能对体变形进行线分布测量的仅有BOTDR(Brillouin Optical TimeDomain Reflectometry布里渊散射光时域反射技术)和中国发明专利《崩滑体向外凸移变化分布式测量电缆与测量方法》(ZL200610052819.8)中提出的方法。但前者有价格昂贵和变形量小的问题，后者具有单根测量电缆无法识别变形位置的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可对物体发生较大变形时进行分布测量的螺旋平行传输线式的测量传感器和相应的测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、螺旋平行传输线式的测量传感器：

在一根实心的圆截面弹性橡塑线的外圆柱面上密绕单根或多根线圈的铜线内层线圈，再在铜线内层线圈外再裹一层与实心的圆截面弹性橡塑线相同材料的中间弹性橡塑层，在中间弹性橡塑层上再绕与铜线内层线圈相同绕向、相同线间距的单根或多根线圈的铜线外层线圈，在铜线外层线圈上再裹一层与实心的圆截面弹性橡塑线相同材料的外弹性橡塑层，铜线内层线圈与铜线外层线圈形成了螺旋平行传输线，构成了螺旋平行传输线式的物体变形的线分布测量传感器。

二、对物体变形实行线分布测量的测量方法：

技术方案1：

在螺旋平行传输线式的测量传感器处于无变形状态时，其内层线圈与外层线圈构成的平行线的特性阻抗是一个固定的状态，当螺旋平行传输线的某一位置因某一原因变形时，其变形处的特性阻抗发生变化，根据这一特点在螺旋平行传输线的一端口加脉冲信号，测出螺旋平行传输线变形前、后两次对脉冲信号的反射信号，对两次的反射信号进行分析可得出螺旋平行传输线式传感器的变形位置和变形大小。此方法称为比较TDR方法。

技术方案2：

在螺旋平行传输线式的测量传感器处于无变形状态时，其内层线圈与外层线圈构成的平行线的特性阻抗是一个固定的状态，当螺旋平行传输线的某一位置因某一原因变形时，其变形处的特性阻抗发生变化，根据这一特点在螺旋平行传输线的一端口加正弦信号，则反射的信号会因螺旋平行传输线的不均匀性产生畸变，根据对螺旋平行传输线变形前后的反射畸变信号的频谱分析，可得出变形量的大小。此方法称为比较FDR方法。

本发明具有的有益效果是：

本发明可对地质灾害隐患处土体的表面或深部变形、海塘堤坝或江河堤坝的变形或裂缝、铁路或公路边坡的变形或裂缝、路基或道路的塌陷或变形、矿区的塌陷或变形等实行不间断、连续的线分布监测，实现解决这些场合BOTDR光纤传感器无法实现的大拉伸变形的测量；与BOTDR光纤传感器一起应用可实现对水库大坝、桥梁、大型建筑物等重要设施从微小变形到大变形的全程测量，从而实现安全监测，或用于此类设施破坏过程的科学研究。

附图说明

图1是单根铜线绕制的螺旋平行传输线式传感器的绕制结构示意图。

图2是多根铜线绕制的螺旋平行传输线式传感器的绕制结构示意图。

图3是单根铜线绕制的螺旋平行传输线式传感器的剖视，以及使用时在一侧端口加脉冲或正弦信号和另一侧端口接匹配负载Z_L的示意。

图4是螺旋平行传输线式传感器某部位受到拉伸使原先密绕线圈变疏的现象。

图5是进行螺旋平行传输线式测量传感器变形实验，在加脉冲激励波后的TDR反射波形图。

图6是实现“比较TDR”和“比较FDR”测量的装置电路框图。

图中：1、弹性橡塑线，1′、中间弹性橡塑层，1″、外弹性橡塑层，2、单根铜线内层线圈，3、单根铜线外层线圈，4、三根铜线内层线圈，5、三根铜线外层线圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，在一根实心的圆截面弹性橡塑线1的外圆柱面上密绕单根铜线内层线圈2，再在单根铜线内层线圈2外再裹一层与实心的圆截面弹性橡塑线1相同材料的中间弹性橡塑层1′，在中间弹性橡塑层1′上再绕上与单根铜线内层线圈2相同绕向、相同线间距的单根铜线外层线圈3，在单根铜线外层线圈3上再裹一层与实心的圆截面弹性橡塑线1相同材料的外弹性橡塑层1″，单根铜线内层线圈2与单根铜线外层线圈3形成了螺旋平行传输线，构成了螺旋平行传输线式的物体变形的线分布测量传感器。