[发明专利]一种光纤光栅水土界面传感探头的标定装置及其标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水利工程监测装置，尤其是涉及一种光纤光栅水土界面传感探头的标定装置及其标定方法。 

背景技术

传感探头的标定，就是利用一种标准装置，产生已知的非电量（如标准力、位移等）作为输入量输入至待标定的传感探头中，得到传感器的输出量，然后将传感器的输入量与输出量建立关系。工程测试中传感探头的标定，应在与其使用条件相似的环境下进行，以获得较高的精度。 

本发明所述的光纤光栅水土界面传感探头，其工作原理是测量水下某深度位置的侧向土压力，进而判断该深度位置是在水体或土体中。若能测量得到土体中若干个不同深度位置的侧向土压力，就可以拟合计算出侧向土压力为零的深度位置，即为泥面深度。 

而目前基于光纤光栅冲淤相关的传感探头，是通过相同位置贴电阻应变片，在相同荷载作用下，记录传感探头光纤光栅中心波长值和电阻应变片的测量值，做出传感探头光纤光栅中心波长与应变之间的关系。这样的标定方法，容易受到电阻应变片自身的误差影响，且只能做出传感探头光纤光栅中心波长与应变之间的理论关系，不能模拟实际冲淤环境下传感探头。 

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种标定装置及标定方法，以能够准确、简便地标定具体工作环境下的光纤光栅水土界面传感探头。 

为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的： 

一种光纤光栅水土界面传感探头的标定装置，其特征在于，包括水压力标定装置和水土压力标定装置，其中，

所述的水压力标定装置包括第一透明水箱、第一标尺、第一传感探头和支座，所述的第一透明水箱具有U形结构，其底部中间设置有第一孔洞，所述的第一标尺竖直设置在第一透明水箱的一侧内壁上，而所述的第一传感探头则嵌入所述的第一透明水箱底部的第一孔洞内，所述的支座架设在第一透明水箱底部外端的两侧；

而所述的水土压力标定装置则包括第二透明水箱、第二标尺、第二传感探头和隔板，所述的第二透明水箱具有U形结构，第二标尺竖直设置在第二透明水箱的一侧内壁上，而所述的隔板则竖直设置在第二透明水箱的内部，使得第二水箱内部形成大仓和小仓，所述的大仓的容积大于小仓的容积，而隔板上还设置有第二孔洞，所述的第二传感探头嵌入在第二孔洞内。

进一步，所述的隔板的高度小于第二透明水箱的高度。 

一种光纤光栅水土界面传感探头的标定方法，其特征在于，包括传感探头压力标定试验、抗静水压力干扰标定试验、冲刷环境传感探头埋深测量标定试验和淤积环境传感探头埋深测量标定试验，且所述的冲刷环境传感探头埋深测量标定试验包括标准砂冲刷环境传感探头埋深测量标定试验和低渗透性土冲刷环境传感探头埋深测量标定试验，而所述的淤积环境传感探头埋深测量标定试验则包括标准砂淤积环境传感探头埋深测量标定试验和低渗透性土淤积环境传感探头埋深测量标定试验。 

其中，所述的传感探头压力标定试验包括以下步骤： 

（a-1）安装水压力标定装置；

（a-2）逐级向第一透明水箱中注水；

（a-3）记录水位高度和第一传感探头光纤光栅中心波长值，以水位高度为X轴，以第一传感探头光纤光栅中心波长为Y轴，所述的水位高度即为水压力；

（a-4）拟合标定出该第一传感探头对水压力的敏感系数，并检验相似度。

所述的抗静水压力干扰标定试验包括以下步骤： 

（b-1）安装水土压力标定装置；

（b-2）在大仓内填埋标准砂，填埋高度超过第二传感探头的高度20cm；

（b-3）分别向大仓和小仓内缓慢注水，注水过程中保持大仓和小仓水位相同；

（b-4）待水位超过隔板的高度、大仓和小仓水体保持连通后，逐级向第二透明水箱内注水，并记录水位高度和第二传感探头的光纤光栅中心波长，注水至满溢后，再逐级降水，反复循环该过程；

（b-5）以水位高度为X轴，以第二传感探头的光纤光栅中心波长为Y轴，绘制一条曲线，再以第二传感探头的光纤光栅中心波长的平均值绘制一条水平直线作为参考线，所述的曲线和参考线重合度越高，为抗干扰性越好。

所述的标准砂冲刷环境传感探头埋深测量标定试验包括以下步骤： 

（c1-1）安装水土压力标定装置；

（c1-2）将标准砂与水混合，搅拌均匀后倒入第二透明水箱的大仓中；

（c1-3）分别向大仓和小仓内缓缓注水，并保持注水过程中大仓和小仓水位一致，直至满溢；