[发明专利]水工结构安全监测用光纤率定系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水工结构安全监测用光纤率定系统及方法，属于水利与水电工程安全领域。

背景技术

随着分布式光纤传感理论、技术等的发展，其在大坝、堤防、水闸等水工结构体及其基础安全监测中的应用得到了越来越多的关注。但受控于技术本身、工期紧张、节省开支等多方面因素的制约，传感光纤应用于实际工程施工、蓄水、运行期间的安全监测时，常采用其出厂时的标定系数，而未进行现场率定，易导致所获监测数据精度不高甚至严重失真，从而影响后续关于结构物安全状况的分析评价。即使进行了现场率定，但已有方法、技术、装置，多存在率定效率低、率定距离短、承载重量轻、升温降温困难、温度不易控制等弊端，给几公里甚至几十公里的长距离光纤快速率定带来了极大困难；且多采用以段代线的思想，仅选取某一段进行率定，用该段光纤系数的平均值作为整根传感光纤的系数值，但实际上应对整个长度范围内的光纤进行率定。

本发明正是基于上述实际工程背景和技术现状，为解决长距离大范围的分布式传感光纤高效率定问题而研制，以推动光纤传感技术在水工结构安全监测中的规模化应用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种水工结构安全监测用光纤率定系统及方法，率定效率高、率定距离远、承载重量重、很好的控制温度升降。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种水工结构安全监测用光纤率定系统，包括绝热桶、位于绝热桶内的若干率定模块，若干率定模块绕绝热桶轴线环向布置，率定模块包含通轴和温度传感器，通轴上缠绕着待测试光缆，待测试光缆与绝热桶外的光纤温度解调仪连接，温度传感器位于绝热桶的桶底，温度传感器与绝热桶外的主控制器连接，绝热桶的桶壁内设有用于加热绝热桶内水的温源热丝，温源热丝与绝热桶外的功率控温表连接，功率控温表通过电源与主控制器连接；绝热桶的上方设有水箱，水箱水通过水管进入绝热桶中，在水管上安装有电磁阀，电磁阀与主控制器连接。

作为优选，所述绝热桶的通轴上套有网罩，通轴通过螺纹与绝热桶底部连接，通轴的顶部通过螺纹与顶板连接，顶板位于网罩内。

作为优选，所述绝热桶包含桶体和桶盖，桶体由外到内包含外硬护桶、绝热中层、热丝放置层和内硬护层，桶盖为绝热硬护板，桶体的顶部设有护板槽，绝热硬护板下方安装有可沿护板槽移动的护板横轨。

作为优选，所述桶盖包含左桶盖和右桶盖，左桶盖和右桶盖为半圆形，在左桶盖的直线边上设有凹槽，右桶盖的直线边延伸有与凹槽配合的凸台。

作为优选，所述罩网沿着顶板及通轴环向布置，温源热丝沿着热丝放置层进行从底到高的整体环向布置，绝热中层、内硬护层靠近温源热丝一侧均设有金属护层。

作为优选，所述温度传感器包含第一电子温度计和第二电子温度计，第一电子温度计和第二电子温度计通过螺纹与绝热桶的底部连接，第一电子温度计和第二电子温度计分别与第一控温表和第二控温表连接，第一控温表和第二控温表与主控制器连接。

一种水工结构安全监测用光纤率定系统的率定方法，包括以下步骤：

第一步，装配各组件、连接各电路，沿着护板槽向两边推开带护板横轨的绝热硬护板，将罩网移除，将顶板从通轴上旋出，将通轴从内硬护层中旋出，将待测试光缆沿着通轴进行螺旋状缠绕，后经罩网、外硬护桶、绝热中层、热丝放置层和内硬护层引出到率定系统外；

第二步，将通轴旋入到内硬护层中，将顶板通过螺纹旋接到通轴上，后将罩网旋入到内硬护层中，构成内封闭环境，以待加热，沿着护板槽向中间推入带护板横轨的绝热硬护板，最后，封闭整个率定系统，将待测试光缆引至光纤温度解调仪中，打开光纤温度解调仪；

第三步，根据通轴上所缠绕的待测试光缆的长度，确定加水量，打开第一控温表和第二控温表，第一控温表及第二控温表上将实时显示待测试光缆所在水体中的温度，将第一控温表及第二控温表调至到需要加热的温度值，打开电源，通过功率控温表对温源热丝进行通电加热，当达到设定温度时，主控制器控制电源断开，保持恒温，率定开始；

第四步，在需要降温时，主控制器控制电磁阀打开，水箱内的冷水将通过水管对已加热水体进行热量交换，实现降温，待第一控温表及第二控温表达到待降温数值之后，主控制器控制电磁阀关闭，在该温降数值下进行率定；

第五步，将光纤温度解调仪获取的结果值与第一控温表及第二控温表上获取的结果值基于光纤温度传感公式进行比对分析，最终完成率定分析。