[发明专利]一种基于光纤光学测量技术的桩基式土体沉降监测系统

说明书

本发明属于光纤光学测量技术领域，具体公开了一种基于光纤光学测量技术的桩基式土体沉降监测系统，包括信号解调部分、网络拓扑结构、信号探测部分和测量部分，信号解调部分包括宽谱光源、第一连接光纤、第二连接光纤、第一光纤环形器、调节臂、数据采集卡和计算机；网络拓扑结构由光开关或多路分路器构成并且以树状结构连接形成；信号探测部分包括多个探测单元，每个探测单元包括第二光纤环形器和光电探测器，测量部分包括多个相同的桩基式沉降传感器，每个桩基式沉降传感器包括第二分光器、第二自聚焦光纤准直器、第二反射器、保护外壳、沉降环和基桩。上述沉降监测系统，能够解决现有技术中测量存在误差并且不能实时监测的问题。

技术领域

本发明属于光纤光学测量技术领域，尤其涉及一种基于光纤光学测量技术的桩基式土体沉降监测系统。

背景技术

沉降监测是建筑结构健康监测中一项重要的监测内容，尤其是针对软土地基上的大型建筑，如：水库大坝、人工岛岛壁等。在建筑荷载的作用下，这类大型工程的地基通常会发生一定程度的沉降，且存在长期的缓慢不均匀沉降，沉降将对建筑的结构稳定性产生影响。因此，对建筑的沉降监测，尤其是对土体的分层沉降特征监测具有重要的工程价值和意义。

目前对建筑地基的土体分层沉降监测主要采用磁坏式土体分层沉降测量方法，该沉降测量方法由地下埋入传感器和地面接收仪器两部分构成。地下埋入传感器由沉降导管、底盖和沉降磁环组成；地面接收仪器由测头、测量电缆、接收系统和绕线盘等部分组成。测量过程为：将沉降磁环分段固定在沉降导管外侧，并在需要监测的地点钻孔埋入沉降导管。测量时，把测头放入沉降导管内，通过测量电缆，让测头缓慢地向下移动，当测头接触到土层中的沉降磁环时，接收系统会发出连续的蜂鸣声，此时记下沉降磁环的深度，并将本次测量深度与前一次进行比较，其差值即定义为土体的实际沉降量。

目前普遍采用的磁环式土体分层沉降测量方法，采用人工读数，存在读数误差；同时人工读取时，由于下放过程的稳定性和重复性问题还会产生其他的系统误差。另外，该测量方法定时定点进行人工读数，作量较大，不能进行实时监测，其监测效采具有严重的滞后性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光纤光学测量技术的桩基式土体沉降监测系统，以解决现有技术中测量存在误差并且不能实时监测的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种基于光纤光学测量技术的桩基式土体沉降监测系统，包括信号解调部分、网络拓扑结构、信号探测部分和测量部分；信号解调部分包括宽谱光源、第一连接光纤、第二连接光纤、第一光纤环形器、调节臂、数据采集卡和计算机，数据采集卡与计算机连接，调节臂包括第一分光器、第一自聚焦光纤准直器、第一反射器和步进电机；宽谱光源连接到第一光纤环形器的一号端口，第一光纤环形器的二号端口通过第一连接光纤与第一分光器的输入端相连，第一分光器的输出端与第一自聚焦光纤准直器连接，第一自聚焦光纤准直器与第一反射器之间形成空气光程；第一反射器固定在能够做直线运动的步进电机上，步进电机由计算机控制；

网络拓扑结构由光开关或多路分路器构成并且以树状结构连接形成，一级多路分路器或光开关的输入端与第一光纤环形器的三号端口通过第二连接光纤连接，一级多路分路器或光开关的输出端分别连接二级多路分路器或光开关的输入端……以此类推，最后(n-1)级多路分路器或光开关的输出端分别连接n级多路分路器或光开关的输入端，n级多路分路器或光开关与信号探测部分连接；

信号探测部分包括多个探测单元，每个探测单元包括第二光纤环形器和光电探测器，第二光纤环形器的一号端口与n级多路分路器或光开关的输出端连接，第二光纤环形器的二号端口与光电探测器的输入端连接，第二光纤环形器的三号端口与测量部分连接，光电探测器的输出端与数据采集卡连接；