一種波紋管分布式光纖測量傳感器的製造方法

2023-12-10 00:55:46 1

一種波紋管分布式光纖測量傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種波紋管分布式光纖測量傳感器，它包括感測光纖，其特徵在於還包括波紋管，所述的感測光纖上至少串套1個波紋管，被串套的波紋管兩兩之間的間距大小可調，每個波紋管的兩端用高強度環氧樹脂封注形成注膠固定段，所述的感測光纖的數量為1束，其中有1根為預應力感測光纖、其餘的為縮折式感測光纖，受力時的縮折式感測光纖可在波紋管中的原位上作軸向滑動或伸縮。本發明能夠有效解決現有光纖傳感測量過程中光纖被損壞或拉斷的難題，可實現對巖土體大變形或大位移的測量，以提高光纖傳感測量的成功率，廣泛適用於地面沉降、地裂縫、地面塌陷、滑坡、路基、礦山井巷等巖土體變形監測。
【專利說明】一種波紋管分布式光纖測量傳感器
所屬【技術領域】
[0001]本發明屬於光纖傳感測量【技術領域】，特別是涉及一種波紋管分布式光纖測量傳感器。
【背景技術】
[0002]光纖傳感技術是上世紀八十年代伴隨著光導纖維及光纖通信技術的發展而迅速發展起來的一種以光為載體，光纖為媒介，感知和傳輸被測量的外界信號的新型傳感技術，其中分布式光纖傳感技術是最具前途的技術之一。分布式光纖傳感器的解調技術主要有:基於自發布裡淵光時域反射技術(Brillouin Optical Time Domain Reflectormeter,縮寫:B0TDR)、基於受激布裡淵光時域反射技術(Brillouin Optical Time Domain Analysis縮寫:B0TDA)、基於受激布裡淵光頻域反射技術(Brillouin Optical Frequently TimeDomain Analysis 縮寫:B0FDA)、基於拉曼光時域反射技術(Raman Optical Time DomainReflectormeter,縮寫:R0TDR)以及基於瑞利散射和菲涅爾反射的光時域反射技術(Optical Time Domain RefIectometer縮寫:0TDR)等。由於分布式光纖傳感技術的諸多優點，目前已廣泛應用於地質工程和巖土工程領域。特別是近年來，分布式光纖傳感技術在地面沉降、地裂縫、地面塌陷、滑坡、路基、礦山井巷等巖土體變形監測中的應用已倍受國內外的普遍關注。但在巖土體變形監測中往往會存在大變形或大位移測量，超出一般光纖傳感器的量程或由於外力作用造成拉斷損壞等，從而導致監測中斷或失效。
[0003]中國專利申請200910032861.7提出了一種「高空間解析度分布式光纖溫度傳感器」，該傳感器，採用獨特的螺旋纏繞的排布方式，增加單位長度測試段內的傳感光纖長度，使得基於BOTDR技術的溫度測試空間分辨精度提高到數釐米級，它雖具有可提高測試空間分辨精度，提高傳感光纖植入的成活率，適用於惡劣環境和大型工程溫度檢測的優點，但還存在以下明顯不足:一是該傳感器採用螺旋式排布方式並使光纖不發生應變，適用於溫度檢測，無法用於對巖土體變形的監測；二是該傳感器採用單條光纖模式，在實際應用中一旦拉斷損壞便將導致整個監測中斷；三是該傳感器光纖處於無預應力狀態，無法實現壓縮變形狀態的監測。
[0004]如何克服現有技術的不足已成為當今螺柱焊接【技術領域】亟待解決的重點難題之一O
[0005]
【發明內容】

[0006]本發明目的是為克服現有技術的不足而提供一種波紋管分布式光纖測量傳感器，本發明能夠有效解決光纖傳感測量過程中光纖被損壞或拉斷的難題，可實現對巖土體大變形或大位移的測量，以提高光纖傳感測量的成功率。
[0007]根據本發明提出的一種波紋管分布式光纖測量傳感器，它包括感測光纖，其特徵在於還包括波紋管，所述的感測光纖上至少串套I個波紋管，被串套的波紋管兩兩之間的間距大小可調，每個波紋管的兩端用高強度環氧樹脂封注形成注膠固定段，所述的感測光纖的數量為I束，其中有I根為預應力感測光纖、其餘的為縮折式感測光纖，受力時的縮折式感測光纖可在波紋管中的原位上作軸向滑動或伸縮。
[0008]本發明的工作原理是:本發明在使用中被粘貼於被測對象表面或直埋於被測對象內部，當設置波紋管內的前一級感測光纖的變形量達到損壞或拉斷極限前，後一級長度的感測光纖將在瞬間自動接替工作，並以I束感測光纖具備可接替工作的儲備方式來滿足大變形或大位移的光纖傳感測量，以提高光纖測量傳感器的成活率，本發明通過外部BOTDR/A、B0FDA、R0TDR以及OTDR等解調儀進行數據採集傳輸，完全適用於地面沉降、地裂縫、地面塌陷、滑坡、路基或礦山井巷等巖土體變形監測。
[0009]本發明與現有技術相比其顯著優點在於:一是本發明的波紋管表面具有波紋結構，可獲得更多與被測對象的接觸面積，以提升光纖傳感測量中的耦合性及變形傳遞性；二是本發明的波紋管內設置的感測光纖長度具有縮折性，在前一級感測光纖發生損壞或拉斷時，可被後一級具有縮折長度的感測光纖接替，在對巖土體大變形或大位移的監測中大大提高了光纖測量傳感器的成活率；三是本發明的波紋管內設置了 I束感測光纖，可適用於不同的傳感模式和不同的傳感精度，以滿足不同的變形監測要求；四是本發明的波紋管兩端設有注膠固定段，為波紋管內設置的感測光纖物理定位，既可提高光纖測量傳感器的變形協調性能，又能有效地防止應變擴散，使光纖測量傳感器的工作更加可靠。本發明特別適用於對巖土體大變形或大位移的測量。
[0010]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發明提出的一種波紋管分布式光纖測量傳感器的結構示意圖。
[0012]圖2是本發明的單個波紋管單元結構的示意圖。
[0013]圖3是本發明的波紋管注膠固定段橫截面結構的示意圖。
[0014]【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實施例對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細描述。
[0016]結合圖1和圖2，本發明提出的一種波紋管分布式光纖測量傳感器，它包括感測光纖(2)，其特徵在於還包括波紋管(1)，所述的感測光纖(2)上至少串套I個波紋管(1)，被串套的波紋管(I)兩兩之間的間距大小可調，每個波紋管(I)的兩端用高強度環氧樹脂封注形成注膠固定段(3)，所述的感測光纖(2)的數量為I束，其中有I根為預應力感測光纖(2-1)、其餘的為縮折式感測光纖(2-2)，受力時的縮折式感測光纖(2-2)可在波紋管(I)中的原位上作軸向滑動或伸縮。
[0017]本發明進一步的優選方案是:
本發明的感測光纖(2)為緊套光纖、松套光纖、單模光纖、多模光纖或光纜；感測光纖(2)中的預應力感測光纖(2-1)的預應力為2000個微應變；感測光纖(2)的數量為3?10根；在同一光纖測量傳感器中應設置同類材質的感測光纖(2)，但有特殊要求的也可選擇多種組合。[0018]本發明的波紋管(I)為具有較高強度、可變形性好並滿足易機械加工及抗腐蝕性的金屬波紋管、形狀為管狀、管壁為雙層、三層或多層結構、管壁厚度6?15mm、內徑為14?50mm、長度至少為50個波紋數、長度最多可達幾百個、幾千個甚至幾萬個波紋數。
[0019]結合圖3，注膠固定段(3)為波紋管(I)與感測光纖(2)的固定裝置，它通過採用高強度環氧樹脂在波紋管(I)兩端進行封注來實現，即將波紋管(I)與其管內布設的感測光纖(2)固定，同時又保證感測光纖(2)中的縮折式感測光纖(2-2)可在波紋管(I)中的原位上作軸向滑動或伸縮。
[0020]本發明的具體實施例及要求是:
實施例1，以製作長度為IOOOm的波紋管分布式光纖測量傳感器為例。根據本發明的設計要求:波紋管(I)長度為1.5m、內徑為50mm、管壁厚度為15mm、波紋數為150個,管壁為四層結構，波紋管(I)既可按所述規格直接定製，也可將超長度的成品按長度為1.5m分段截取；感測光纖(2)的數量為10條，以第I條預應力感測光纖(2-1)的長度IOOOm為基準，第2條至第10條縮折式感測光纖(2-2)的長度依次為1012m、1024m、1036m、1048m、1060m、1072m、1084m、1096m、1108 m ;採用波紋管(I )400個，按照波紋管(I)兩兩間距Im依次串套在感測光纖(2)上；對感測光纖(2)按長度進行分級，對第I級預應力感測光纖(2-1)的預應力施加2000微應變，對第2、3、4、5、6、7、8、9、10級縮折式感測光纖(2-2)設置在波紋管
(1)內的長度依次分別預留0.03m、0.06m、0.09m、0.12m、0.15m、0.18m、0.21m、0.24m、0.27m ；對波紋管(I)兩端採用10分鐘快幹型高強度環氧樹脂進行注膠，注膠過程中，要保證波紋管(I)兩兩之間的感測光纖(2)的長度相等；注膠完成後，待高強度環氧樹脂固結後，便形成一條完整的長度為IOOOm的波紋管分布式光纖測量傳感器。
[0021]實施例2，以製作長度為800m的波紋管分布式光纖測量傳感器為例。根據本發明的設計要求:波紋管(I)長度為1.5m、內徑為40mm、管壁厚度為13mm、波紋數約為150個,管壁為四層結構，波紋管(I)既可按所述規格直接定製，也可將超長度的成品按長度為1.5m分段截取；感測光纖(2)的數量為8條，以第I條預應力感測光纖(2-1)的長度800m為基準，第2條至第8條縮折式感測光纖(2-2)的長度依次為809.6m,819.2m,828.8m,838.4m、848m、857.6m、867.2m ;採用波紋管(I )320個，按照波紋管(I)兩兩間距Im依次串套在感測光纖(2)上；對感測光纖(2)按長度進行分級，對第I級預應力感測光纖(2-1)的預應力施加2000微應變，對第2、3、4、5、6、7、8級縮折式感測光纖(2_2)設置在波紋管(I)內的長度依次分別預留 0.03m、0.06m、0.09m、0.12m、0.15m、0.18m、0.21m ;對波紋管(I)兩端採用 10分鐘快幹型高強度環氧樹脂進行注膠，注膠過程中，要保證波紋管(I)兩兩之間的感測光纖
(2)的長度相等；注膠完成後，待高強度環氧樹脂固結後，便形成一條完整的長度為800m的波紋管分布式光纖測量傳感器。
[0022]實施例3，以製作長度為500m的波紋管分布式光纖測量傳感器為例。根據本發明的設計要求:波紋管(I)長度為lm、內徑為30mm、管壁厚度為12mm、波紋數約為100個,管壁為四層結構，波紋管(I)既可按所述規格直接定製，也可將超長度的成品按長度為Im分段截取；感測光纖(2)的數量為6條，以第I條預應力感測光纖(2-1)的長度500m為基準，第2條至第8條縮折式感測光纖(2-2)的長度依次為500m、505m、510m、515m、520m、525m ;採用波紋管(I) 250個，按照波紋管(I)兩兩間距Im依次串套在感測光纖(2)上；對感測光纖
(2)按長度進行分級，對第I級預應力感測光纖(2-1)的預應力施加2000微應變，對第2、3、4、5、6級縮折式感測光纖(2-2)設置在波紋管(I)內的長度依次分別預留0.02m、0.04m、
0.06m、0.08m、0.1m ;對波紋管(I)兩端採用10分鐘快幹型高強度環氧樹脂進行注膠，注膠過程中，要保證波紋管(I)兩兩之間的感測光纖(2)的長度相等；注膠完成後，待高強度環氧樹脂固結後，便形成一條完整的長度為500m的波紋管分布式光纖測量傳感器。
[0023]實施例4，以製作長度為200m的波紋管分布式光纖測量傳感器為例。根據本發明的設計要求:波紋管(I)長度為lm、內徑為25mm、管壁厚度為9mm、波紋數約為100個,管壁為四層結構，波紋管(I)既可按所述規格直接定製，也可將超長度的成品按長度為Im分段截取；感測光纖(2)的數量為5條，以第I條預應力感測光纖(2-1)的長度200m為基準，第2條至第5條縮折式感測光纖(2-2)的長度依次為202m、204m、206m、208m ;採用波紋管(I)100個，按照波紋管(I)兩兩間距Im依次串套在感測光纖(2)上；對感測光纖(2)按長度進行分級，對第I級預應力感測光纖(2-1)的預應力施加2000微應變，對第2、3、4、5級縮折式感測光纖(2-2)設置在波紋管(I)內的長度依次分別預留0.02m、0.04m、0.06m、0.08m ;對波紋管(I)兩端採用10分鐘快幹型高強度環氧樹脂進行注膠，注膠過程中，要保證波紋管(I)兩兩之間的感測光纖(2)的長度相等；注膠完成後，待高強度環氧樹脂固結後，便形成一條完整的長度為200m的波紋管分布式光纖測量傳感器。
[0024]實施例5，以製作長度為IOOm的波紋管分布式光纖測量傳感器為例。根據本發明的設計要求:波紋管(I)長度為lm、內徑為20mm、管壁厚度為8mm、波紋數約為200個,管壁為四層結構，波紋管(I)既可按所述規格直接定製，也可將超長度的成品按長度為Im分段截取；感測光纖(2)的數量為4條，以第I條預應力感測光纖(2-1)的長度IOOm為基準，第2條至第4條縮折式感測光纖(2-2)的長度依次為101m、102m、103m ;採用波紋管(I )50個，按照波紋管(I)兩兩間距Im依次串套在感測光纖(2)上；對感測光纖(2)按長度進行分級，對第I級預應力感測光纖(2-1)的預應力施加2000微應變，對第2、3、4級縮折式感測光纖(2-2)設置在波紋管(I)內的長度依次分別預留0.02m、0.04m、0.06m ;對波紋管(I)兩端採用10分鐘快幹型高強度環氧樹脂進行注膠，注膠過程中，要保證波紋管(I)兩兩之間的感測光纖(2)的長度相等；注膠完成後，待高強度環氧樹脂固結後，便形成一條完整的長度為IOOm的波紋管分布式光纖測量傳感器。
[0025]實施例6，以製作長度為IOm的波紋管分布式光纖測量傳感器為例。根據本發明的設計要求:波紋管(I)長度為lm、內徑為14mm、管壁厚度為6mm、波紋數約為250個,管壁為四層結構，波紋管(I)既可按所述規格直接定製，也可將超長度的成品按長度為Im分段截取；感測光纖(2)的數量為3條，以第I條預應力感測光纖(2-1)的長度IOm為基準，第2條至第4條縮折式感測光纖(2-2)的長度依次為10.1mU0.2m ;採用波紋管(I) 5個，按照波紋管(I)兩兩間距Im依次串套在感測光纖(2)上；對感測光纖(2)按長度進行分級，對第I級預應力感測光纖(2-1)的預應力施加2000微應變，對第2、3級縮折式感測光纖(2-2)設置在波紋管(I)內的長度依次分別預留0.02m、0.04m ;對波紋管(I)兩端採用10分鐘快幹型高強度環氧樹脂進行注膠，注膠過程中，要保證波紋管(I)兩兩之間的感測光纖(2)的長度相等；注膠完成後，待高強度環氧樹脂固結後，便形成一條完整的長度為IOm的波紋管分布式光纖測量傳感器。
[0026]上述實施例中，每個波紋管(I)內各級縮折式感測光纖(2-2)的預留長度是按第I級預應力感測光纖(2-1)拉斷時所應增加的長度來依次遞增的，預應力感測光纖(2-1)拉斷力按2000個微應變來計算，如波紋管(I)長度為lm，該波紋管(I)內從第2級開始的縮折式感測光纖(2-2)的預留長度依次為0.02m、0.04m……，以此類推；波紋管(I)的個數=本發明的總長度/ [波紋管(I)長度+波紋管(I)兩兩間距];各級感測光纖(2)的總長度=本發明總長度+波紋管(I)個 數X各級縮折式感測光纖(2-2)的預留長度。
[0027]本發明經反覆試驗驗證，取得了滿意的應用效果。
【權利要求】
1.一種波紋管分布式光纖測量傳感器，它包括感測光纖(2)，其特徵在於還包括波紋管(1)，所述的感測光纖(2)上至少串套I個波紋管(1)，被串套的波紋管(I)兩兩之間的間距大小可調，每個波紋管(I)的兩端用高強度環氧樹脂封注形成注膠固定段(3)，所述的感測光纖(2)的數量為I束，其中有I根為預應力感測光纖(2-1)、其餘的為縮折式感測光纖(2-2)，受力時的縮折式感測光纖(2-2)可在波紋管(I)中的原位上作軸向滑動或伸縮。
2.根據權利要求1所述的一種波紋管分布式光纖測量傳感器，其特徵在於感測光纖(2)為緊套光纖、松套光纖、單模光纖、多模光纖或光纜。
3.根據權利要求1所述的一種波紋管分布式光纖測量傳感器，其特徵在於感測光纖(2)中的預應力感測光纖(2-1)的預應力為2000個微應變。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種波紋管分布式光纖測量傳感器，其特徵在於感測光纖(2)的數量為3?10根。
5.根據權利要求1、2或3所述的一種波紋管分布式光纖測量傳感器，其特徵在于波紋管(I)為金屬波紋管、形狀為管狀、管壁為雙層、三層或多層結構、管壁厚度6?15mm、內徑為14?50mm、長度至少為50個波紋數。
6.根據權利要求4所述的一種波紋管分布式光纖測量傳感器，其特徵在于波紋管(I)材質為金屬波紋管、形狀為管狀、管壁為雙層、三層或多層結構、管壁厚度6?15mm、內徑為14?50mm、長度至少為50個波紋數。
【文檔編號】G01B11/16GK103604382SQ201310534318
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月1日 優先權日:2013年11月1日
【發明者】劉瑾, 盧毅, 施斌, 張發明, 孫少銳, 薛天祥 申請人:河海大學