[发明专利]水工建筑物渗流性态分布式光纤感知集成系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及水工建筑物渗流性态分布式光纤感知集成系统及方法，属于水利与水电工程安全监测领域。

背景技术

对于水工建筑物而言，渗流是影响其安全服役的关键因素之一，加强渗流性态的高效感知对及时发现安全隐患、保障水工建筑物的可靠运行具有重大意义。随着分布式光纤传感技术的发展，借助其获取结构性态信息、感知结构健康状况，已成为水利、土木等工程安全领域重要的研究方向。但在水工建筑物渗流性态的分布式光纤感知实际工程应用中，由于工作环境、结构特点等的特殊性，尚有诸多技术问题需要解决和改进。

首先，应用传感光纤进行渗流监测时，目前多需要借助外接电路对光纤实施加热，且存在抗压性和协同变形差、渗流灵敏性低等方面的不足，迫切需要充分考虑水工渗流监测特点和特殊工作环境，着力于传感光纤本身的生产装配，研制具有自控热源的渗流监测专用光纤，以从源头上提升光纤测渗技术性能指标和实用能力。另外，目前最常用分布式光纤温度传感技术进行结构渗流性态的间接感知，其用反斯托克斯拉曼散射光作为测量温度信号，使用激光单脉冲作为泵浦信号，斯托克斯拉曼散射光作为测量温度参考通道，其缺点是脉冲宽度不容易调节，空间分辨率低，信噪比差。

其次，在传感光纤长于100米的监测应用中，目前多基于分段率定的思想，仅对其中某一段或某几段进行率定，用所选段温度系数的平均值作为整根传感光纤的温度系数，其精准度将随传感光纤长度的增长而不断降低，且该方法存在率定效率低、率定长度短、承载重量轻、升降温困难、温度不易控制等弊端。长距离大范围的高效率定问题，成为了分布式传感技术在水工建筑物渗流性态感知大规模应用和推广中的重要阻碍因素之一。

第三，在实际工程应用中，常出现所铺设光纤由于不合适的弯曲度或弯曲段未获得有效保护而致使监测精度降低或者测值失真严重、甚至无法获取测值；不恰当的光纤布设导致其不符合工程结构尺寸及施工布置等要求，且造成不必要的浪费。传感光纤的布设，特别是光纤弯曲曲率半径的合理调整及控制，已成为影响其监测精度、使用寿命以及施工进度等的重要技术问题，迫切需要研制一种适应能力强、便于操作的光纤弯曲曲率控制与量测装置和方法，以尽量减少对铺设人员的依赖，提高铺设传感光纤的成活率，增加传感光纤的服役寿命，更加高效、准确的感知堤坝性态。

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建筑物渗流性态分布式光纤感知集成系统及感知方法，可完成长距离光纤的高效率定和弯曲曲率的可靠控制与量测，可高精度、高空间分辨率、高传感速度、远距离的感知水工建筑物渗流性态。

技术方案：为实现上述目的，本发明的水工建筑物渗流性态分布式光纤感知集成系统，包括渗流性态辨识装置、测渗用特制光纤、光纤率定装置和光纤布设装置，所述测渗用特制光纤经过光纤率定装置率定合格后，通过光纤布设装置安装在待监测区域，与渗流性态辨识装置连接；

所述光纤布设装置包括弯曲台和位于弯曲台上的导引道，所述导引道的中部设有导引槽，导引槽内安装有待布设测渗用特制光纤，导引道包含第一直线段、第二直线段和连接第一直线段与第二直线段的弯曲段，所述第一直线段通过若干组第一锁紧装置固定在弯曲台上，弯曲段中部内侧与变径台连接，变径台一端与变径连柱连接，变径连柱穿过圆导台，圆导台的两侧设有与圆导台螺纹连接的圆连柱，圆连柱与圆连柱柄连接，变径台另一端与顶端设有圆弧的松固塞连接，松固塞设有导引道穿过的导引孔，导引孔内设有推板，推板与推杆连接，推杆与松固塞螺纹连接；所述第二直线段上安装有第二锁紧装置，第二锁紧装置底部延伸有凸台，凸台截面为夹角为45°的平行四边形，在弯曲台上设有与第一直线段和第二直线段夹角为45°的导轨槽，凸台沿导轨槽移动，在弯曲台上设有与第二直线段平行的竖直刻度，竖直刻度的零点为待布设测渗用特制光纤与最右边的第一锁紧装置的交点，导轨槽的起点位于竖直刻度的零点，在弯曲段与第一直线段相交处设有与弯曲段相切的第一半径尺，在弯曲段与第二直线段相交处设有与弯曲段相切的第二半径尺。

作为优选，所述第一半径尺末端内套有第一半径缩尺，第二半径尺末端内套有第二半径缩尺。