[发明专利]土工离心模型体内变形准分布式光纤感测系统

摘要

土工离心模型体内变形准分布式感测系统，包括光纤光栅传感光缆、光源输入及光纤光栅解调仪、无线传输装置、土工离心模型、离心机、通讯光缆以及计算机终端，光纤光栅传感光缆按试验设计直接埋设于模型体内的相应位置，并与固定在离心机转臂内的通讯光缆连接；通讯光缆与固定在离心机上仪器仓中的光纤光栅解调仪连接；当离心机高速运转时，光纤光栅传感光缆与土工离心模型协调变形，使传感光缆上的光纤光栅传感点的中心波长受到调制；通过通讯光缆将光纤光栅传感光缆的光波长信号传输至解调仪，转换为光纤光栅传感光缆的轴向应变；无线传输装置输出信号；实现在离心模型试验过程中，对模型内部变形的实时、准分布式感测。

主权项

土工离心模型体内变形准分布式感测系统，其特征是包括光纤光栅传感光缆、光源输入及光纤光栅解调仪、无线传输装置、土工离心模型、离心机、通讯光缆以及计算机终端，光纤光栅传感光缆在离心模型的填筑过程中，按试验设计直接埋设于模型体内的相应位置埋设于土工离心模型体内部，并与固定在离心机转臂内的通讯光缆连接；通讯光缆与固定在离心机上仪器仓中的光纤光栅解调仪连接；当离心机高速运转时，光纤光栅传感光缆与土工离心模型协调变形，使传感光缆上的光纤光栅传感点的中心波长受到调制；将光纤光栅传感光缆的光波长信号通过通讯光缆传输至解调仪，经过相应的解调技术转换为光纤光栅传感光缆的轴向应变；通过与光纤光栅解调仪相连的无线传输装置输出信号；无线传输至计算机终端，计算得到相应位置的变形，实现在离心模型试验过程中，对模型内部变形的实时、准分布式感测；模型的体内变形采用了高精度的、经过封装的光纤光栅传感光缆进行感测；在同一根光纤光栅传感光缆上可以刻写了一定数量、具有不同中心波长的光纤光栅传感点FBG，形成光纤光栅串，利用光纤光栅具有波分复用的特点，实现对同一根光缆上的多个传感器进行同步测量；无线传输是将解调的波长数据转换为Wi‑Fi信号传输；土工离心模型体内变形准分布式感测系统中，光纤光栅解调仪和无线传输装置位于离心机内上仪器仓，应置于转轴中心位置或尽可能靠近离心机的转轴中心固定，光纤光栅解调仪与无线传输装置通过数据线连接，能同步地将采集的波长数据无线发送至计算机终端，便于实时地对试验过程进行记录和显示；所述光纤光栅传感光缆在离心模型中的埋设方式有两种：一类是水平方向埋设，当模型已经填筑了一定高度时，如果需要对该高度水平方向的变形进行测量，在继续填筑土体之前将传感光缆水平放置在土体表面，然后填筑下一层土体 ；另一类是沿竖向埋设，采用一根铅直的铁丝，竖立在设计的位置上，传感光缆下端采用填筑土体固定，然后沿铁丝向上布设，同时填筑土体，填筑一定高度后，向上提拔铁丝，但提拔的高度不应超过填筑的高度，传感光缆与铁丝平行，继续填筑土体，然后再继续上提铁丝，依次进行，直至模型填筑完毕；所述光纤光栅传感光缆是裸纤上刻写光栅，通过重新涂覆、增加紧包护套层，封装为光纤光栅传感光缆，使之满足离心模型体内变形感测对传感器灵敏度和机械强度的要求。