[发明专利]一种基于主动温控分布式温度监测的冲刷深度测量装置

说明书

技术领域

本发明属于结构工程和传感技术领域，涉及到一种基于主动温控分布式温度监测的冲刷深度测量装置。

背景技术

由于经济建设的需要，我国大型桥梁结构、水工、海工、港工结构的建造日趋增多。例如针对桥梁结构而言，桥梁服役环境中江水、河水长期作用，河床形态和地质条件复杂各异，洪季水猛流急，因此涉水桥墩基础处的局部冲刷相当明显。洪水导致的桥梁墩台基础附近的桥渡冲刷是引起桥梁失效的常见原因。近年来，在我国较著名的因桥渡冲刷而致桥毁事故的桥梁为陇海线灞河桥。2002年6月9日，陕西西安灞河暴发洪水，将陇海线灞河桥1～5号墩冲垮，第1～6孔梁坠落，造成陇海线双线中断行车14h 30min。2001年8月2日和4日，蓝烟线K168+457外夹河桥和东莱线K34+879东泉河桥分别因桥渡冲刷而倒塌，因采取措施得当，及时拦停了列车，幸未造成重大人员财产损失，但也对铁路正常运营生产造成了极大困难，两桥不得不重建。我国在铁道部的统一部署和领导下，开展了桥梁水文检算和浅基普查，制订了浅基桥和木桩基础桥梁整治规划。在其他港工、水工结构中，冲刷问题同样迫切需要研究。

当前，桥渡冲刷监测主要依靠目视监测和仪器监测。仪器监测又可分为固定仪器监测和便携式仪器监测。固定仪器监测一般采用声纳技术，它可以提供冲刷随时间的变化曲线。测量数据既可以现场手工下载，也可利用无线数传技术在基站下载。便携式仪器一般亦采用声纳技术，它可以沿一座桥或在不同的桥之间使用。除声纳技术外，国外还研究了利用探地雷达法、反射地震剖面法、电导率法等进行冲刷测量的技术。探地雷达法具有发射器和接收器不用浸水、剖面可延伸过砂洲或到岸边、可提供精确的河床和河床下沉积物的深度结构模型。反射地震剖面法可以提供精确的结构深度模型和米数量级泥沙深度，但不能测量断面，不能延伸到岸上，且仪器较贵。也有应用基于光纤光栅传感器建立弹性机构实现冲刷深度监测的方法报道，但是该种方法封装结构复杂，监测结果收到环境干扰较大，耐久性不好。总体而言，这些冲刷测试方法一般仪器较为昂贵，操作使用复杂，应用不是很普遍。目视监测的手段可分为铅锤测深、水下摄像机及潜水员摸探。对于高风速、高流速条件下的河床冲刷测量，可使用流线形铅鱼测量冲刷深度。

当今，用于温度监测的传感器或者传感技术种类繁多，基本能够满足工程实践或科研工作的各种要求。很多温度传感器都能够实现高分辨率、高精度的温度监测。例如，当前先进的光纤光栅温度传感器的最高分辨率可达到0.02℃，精度可达到0.1℃，并且光纤光栅温度传感器具有体积小，抗电磁干扰，抗腐蚀，耐高温，信号衰减小，集信息传感与传输于一体等特点，解决常规检测技术难以完全胜任的测量问题，因而可以用作地基土冲刷监测技术中的温度监测传感器。此外，当前发展已经相对成熟的基于热电偶、热电阻等原理的温度监测技术以及正在迅速发展的BOTDR(A)技术均可用于地基土冲刷监测技术中的温度监测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够监测地基土冲刷深度的测量装置，精确地实现对地基土冲刷深度的测量，并且同时满足实际恶劣工程环境对于监测系统耐久性、稳定性的要求。

本发明的技术方案是：

一种基于主动温控分布式温度监测的冲刷深度测量装置主要包括分布式加热装置、分布式温度监测装置、封装套管。

基于主动温控分布式温度监测的冲刷深度测量装置的中心是分布式加热装置，最外侧为封装套管，在分布式加热装置和封装套管之间是分布式温度监测装置，但分布式温度监测装置也可以嵌入到封装套管的内壁中，即与封装套管成为一体。

当该冲刷深度测量装置的温度高于其周边的地基土和流水温度时，冲刷深度测量装置中的热量在地基土和流水中耗散速率明显不同，这种热量耗散速率的不同主要由水的流动性以及地基土和水的热力学参数的差异所导致的。因此，利用已有的加热带、加热电阻丝等分布式加热装置给冲刷深度测量装置主动增温，那么在冲刷深度测量装置升温和降温过程中会在流水和地基土的交界面处产生温度场异常，通过分布式温度监测装置监测该温度场异常即可实现冲刷深度的监测，具体的分布式温度监测装置可以使用诸如FBG，分布式光纤，铂电阻，DS18B20等温度测量装置。通过控制主动增温的实际温度值可以实现冲刷深度测量装置灵敏系数的调节。此外将该技术同时应用于水和空气的界面，可实现对水位高度的监测。

本发明结构简单，测量精确度高，成本低廉，适于产业化生产。

附图说明

图1是本发明的应用环境示意图。