[发明专利]利用光纤光栅位移传感器测量基岩轴向变形的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及地质测量技术领域，具体涉及一种利用光纤光栅位移传感器测量基岩轴向变形的装置和方法。

背景技术

在水电工程中，由于岩石的开挖或者工程建(构)筑物的修建会引起岩石内部的应力分布变化，从而使岩石发生压缩或回弹变形。这种变形对工程安全和稳定非常不利，需要测得其量值并采取工程措施来消除。

目前水电工程地下洞室监测基岩轴向变形的仪器较少，一般采用滑动测微计来监测轴向位移，滑动测微计是一种人工测量的进口仪器，目前还没有国内厂家能生产。利用滑动测微计来测量基岩轴向位移，需要在测量部位钻孔，在孔内埋设定制的测管，测管外套特制铜环，铜环需按1000mm间距精确固定，测管连带铜环放入预先钻好钻孔内后用水泥砂浆回灌密实，通过滑动测微计测头来测量两个相邻铜环间的距离来确定被测孔轴向的位移变化，其量程为±10mm，也就是说两个铜环间的距离在990mm-1010mm之间才可以测量。在测量过程中需要用1.5-2.0m长的测杆来下放滑动测微计测头，操作需要3-5人才能操作，且无法实现电测(自动采集)。同时，进口仪器价格高昂，推高了工程造价，较难在工程中广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用光纤光栅位移传感器测量基岩轴向变形的装置及方法，发明通过将多支光纤光栅位移传感器组装成串，可连续测得地下洞室基岩轴向压缩或回弹变形，以克服现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种利用光纤光栅位移传感器测量基岩轴向变形的装置，

包括光纤光栅位移计、光缆和信号转换机构，所述光纤光栅位移计与所述信号转换机构之间通过光缆连接；

所述光纤光栅位移计顺次连接，用以检测基岩的轴向变形，并将所述变形信号传递给光缆；

信号转换机构通过光缆与所述光纤光栅位移计连接，用以接收光缆中的信号并转变为可读的信息。

优选的，所述光线光栅位移计为带温度补偿的光纤光栅位移计，所述信号转换机构为调制解调仪。

进一步的，两相邻所述光纤光栅位移计通过内法兰连接，所述内法兰为圆形法兰，所述内法兰的中心设有中心安装孔，第一连接杆的一端固定在两相邻内法兰一内法兰的中心安装孔内，所述第一连接杆的另一端固定在所述光纤光栅位移计的一端，所述光纤光栅位移计的弹簧管固定连接于不锈钢测杆，所述不锈钢测杆的另一端固定连接有第二连接杆，所述第二连接杆的另一端固定连接于两相邻的内法兰的另一内法兰的中心孔内。

进一步的，每一个所述内法兰上均设有两个供光缆通过的光缆通过孔，两个所述光缆通过孔分别为第一光缆通过孔和第二光缆通过孔；

所有所述内法兰的第一光缆通过孔的轴心重合，所有所述内法兰的第二光缆通过孔的轴心重合；

所述光缆沿所述装置的轴向依次穿过每一个所述第一光缆通过孔并反向折回，依次穿过每一个所述第二光缆通过孔，位于两个相邻第一光缆通过孔之间的光缆穿过所述光纤光栅位移传感器的位移感应器。

优选的，所述内法兰的形状为圆柱凸台，相邻所述内法兰的周侧套设有防护管，用以将光纤光栅位移计隔离在内；

所述防护管的外侧套设有外法兰，所述装置还包括连接件，所述连接件依次穿过所述外法兰、所述防护管并且将所述外法兰和所述防护管固定在内法兰上。

优选的，本发明还包括钢丝；

每一个所述外法兰上均设有第一钢丝通过孔和第二钢丝通过孔，所有所述第一钢丝通过孔的轴心重合，所有所述第二钢丝通过孔的轴心重合，所述钢丝为两段，一段所述钢丝依次穿过所述第一钢丝通过孔并在两端打结，另一段所述钢丝依次穿过所述第二钢丝通过孔并在两端打结。

进一步的，安装孔底端的的内法兰上固定有圆环状的保护杆，位于安装孔底端的光缆折弯成与所述保护杆一致的圆环状并且通过扎带固定在所述保护杆上。

使用上述利用光纤光栅位移传感器测量基岩轴向变形的装置测量基岩的轴向变形的方法，该方法包括如下步骤：

S1、沿基岩的轴向在基岩上开设安装孔；

S2、根据安装孔的深度将相应数量的位移计进行组装形成所述装置；

S3、将组装完毕的所述装置装入安装孔；

S4、向安装孔内灌入浆液，浆液硬化后将所述位移感应机构与基岩结合成一体。

优选的，步骤S4中的浆液为水泥浆液。

本发明的有益效果为：