[发明专利]基于OFDR的锚杆变形分布式监测系统及使用方法

说明书

本发明公开了一种基于OFDR的锚杆变形分布式监测系统及使用方法，系统包括光纤、锚杆、光纤数据采集与传输系统、光纤数据处理与分析系统和监测结果显示系统。通过在锚杆表面布设光纤，使用光纤数据采集与传输系统进行光纤数据的实时采集和传输，再通过基于OFDR技术的数据处理系统获取锚杆的应力、应变、位移及轴力变化等信号，经过监测结果显示系统以图表形式显现出来。与现有技术相比，本发明具有高灵敏度、高空间分辨率、测量精度大、抗干扰能力强、环境适应能力强等优点，能够实时监控锚杆变形，从而可以获知加固坡体的内部变形规律。

技术领域

本发明涉及岩土工程监测领域，尤其涉及基于OFDR(Optical Frequency DomainReflectometer)的锚杆变形分布式监测系统及使用方法。

背景技术

随着经济技术的发展，我国矿山、隧道、水电站等工程大规模兴建，导致地质灾害频繁发生，锚杆支护已成为确保矿山巷道、边坡、隧道等稳定性采用的关键手段。而如何实现对锚杆变形的实时动态监测，从而对加固体稳定性进行监测已成为工程领域关注和研究的热点之一。

常用的对锚杆实施的监测方法主要包括多点位移计、顶板离层指示仪、电阻式应变片等，但这些手段存在以下几点不足之处：(1)传感元件环境适应能力差，无法在恶劣环境下进行工作，极易损坏；(2)对锚杆有效监测的长度有限，无法监测到锚固体深处的变形状态；(3)需要专业技术人员定时定点进行监测，花费成本较大，存在人为误差；(4)采用人工监测，信息不能得到实时反馈；(5)仪器测量精度较低，对锚固体内部细微变化无法获知。

OFDR(Optical Frequency Domain Reflectometer)光纤数据采集技术技术是目前行业内最为先进的分布式测量技术，具有高灵敏度、高空间分辨率、测量精度大、抗干扰能力强、环境适应能力强等特点。将OFDR技术运用于分布式应变传感器和分布式温度传感器，其应变分辨率达到了1με，温度分辨率达到0.1℃，测量范围达到±30000με和-270～900℃。OFDR技术可实现对应变、温度、振动等多信息进行同时监控，相对于FBG、OTDR、BOTDR、BOTDA等光纤技术更具有工程应用前景。因此，将OFDR技术应用到锚杆变形监测中成为亟需解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于OFDR的锚杆变形分布式监测系统及使用方法，以克服现有技术中存在的不足。

技术方案：基于OFDR的锚杆变形分布式监测系统，包括：

锚杆，锚杆两侧沿杆长方向开设有凹槽；

应变传感光纤，应变传感光纤布置在锚杆两侧凹槽内；

温度补偿光纤，温度补偿光纤布置在锚杆两侧；

光纤数据采集与传输系统，光纤数据采集与传输系统采集由应变传感光纤和温度补偿光纤传输的光纤信号；

光纤数据处理与分析系统，光纤数据处理与分析系统将光纤数据采集与传输系统采集的光纤信号转化为数字图像信息；

监测结果显示系统，监测结果显示系统将数字图像信息显示出来。

相邻各锚杆光纤连接处采用热膨胀管保护，其余部分采用铠装护套进行保护。采用的光纤为900单模光纤。

基于OFDR的锚杆变形分布式监测系统的使用方法，包括以下步骤：

(1)在锚杆两侧对称布设应变传感光纤和温度补偿光纤后，一起埋入孔洞；

(2)铺设时在锚杆端部预留出应变传感光纤和温度补偿光纤，以便与相邻锚杆连接形成一个整体；

(3)将相邻锚杆上预留的应变传感光纤和温度补偿光纤两两相连，并用铠装护套加以保护；