[发明专利]一种土石堤坝渗流浸润面光纤监测装置及方法

摘要

本发明公开了一种土石堤坝渗流浸润面光纤监测装置及方法，装置包括DTS、光纤传感单元和光纤加热单元，光纤传感单元与DTS连接，光纤加热单元与光纤传感单元连接；光纤传感单元包括铠装光纤、光纤布型架，光纤布型架为长方形框架，该长方形框架的宽d为土石堤坝坝体需要监测的轴向长度，长l为土石堤坝坝体的断面宽度，长方形框架的两条长边均标记有n个点。该方法通过采集和分析激光脉冲从线性多模感温光纤的注入端注入后在光纤内传播时产生的Raman背向反射光的时间和强度信息得到相应的位置和温度信息，根据温度突变点得到渗流浸润面位置点。本发明具有操作简便、可长期使用、耐久性可靠性高、对浸润面定位准确、监测精度高的优点。

主权项

1.一种土石堤坝渗流浸润面光纤监测方法，其基于包括DTS、光纤传感单元和光纤加热单元的光纤监测装置，光纤传感单元与DTS连接，光纤加热单元与光纤传感单元连接；所述光纤传感单元包括铠装光纤、光纤布型架，所述光纤布型架为长方形框架，该长方形框架的宽度为d，该长方形框架的宽度为土石堤坝坝体需要监测的轴向长度，该长方形框架的长为土石堤坝坝体的断面宽度，长方形框架的两条长边均标记有n个点，且其中一条长边的第i个点为奇数时，将该点的序号标记为2i，第i个点为偶数时，将该点的序号标记为2i‑1，第一个点为该边的端点，相邻两个点之间的间距为l₁、l₂交替；另一条长边的第i个点为奇数时，将该点的序号标记为2i‑1，第i个点为偶数时，将该点的序号标记为2i，第一个点距该边端点的距离为l₂，相邻两个点之间的间距为l₂、l₁交替，l₁、l₂的大小可预先设定，i＝1,2,…,n，铠装光纤按照标记的序号呈“∽”形依次绕制在光纤布型架上；其特征在于，包括如下步骤：步骤1，将需要监测的土石堤坝坝体沿高程方向分为若干层，根据每层的轴向长度和断面宽度，制作对应的光纤传感单元，将光纤传感单元铺展在所要监测的土石堤坝若干选定高程的平面上，形成土石堤坝渗流浸润面监测光纤网络；步骤2，利用电热法对铠装光纤进行加热，同时，DTS对铠装光纤的温度进行实时测量，并判断布型光纤沿程温度场是否出现突变，若有突变点，由DTS测读获得该高程部位光纤温度T₁、T₂、T₃，其中浸润线以上光纤稳定温度为T₁，浸润线以下光纤稳定温度为T₂，测点的稳定温度为T₃，其满足T₂＜T₃＜T₁，通过公式：和H(L)＝F(d,l₁,l₂,L)；解算可得该高程部位的渗流浸润面位置点；其中光纤在长度L处与浸润线相交，l为测点处的光纤长度，k为DTS系统的空间分辨率，H(L)为光纤新布型定位相应高程浸润线的关系式；步骤3，将各层的渗流浸润面位置点连接起来，得到土石堤坝渗流浸润面。