一種波紋管分布式光纖測量傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)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，其特征在于還包括波紋管，所述的感測光纖上至少串套1個(gè)波紋管，被串套的波紋管兩兩之間的間距大小可調(diào)，每個(gè)波紋管的兩端用高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂封注形成注膠固定段，所述的感測光纖的數(shù)量為1束，其中有1根為預(yù)應(yīng)力感測光纖、其余的為縮折式感測光纖，受力時(shí)的縮折式感測光纖可在波紋管中的原位上作軸向滑動(dòng)或伸縮。本發(fā)明能夠有效解決現(xiàn)有光纖傳感測量過程中光纖被損壞或拉斷的難題，可實(shí)現(xiàn)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，廣泛適用于地面沉降、地裂縫、地面塌陷、滑坡、路基、礦山井巷等巖土體變形監(jiān)測。
【專利說明】一種波紋管分布式光纖測量傳感器
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感測量【技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]光纖傳感技術(shù)是上世紀(jì)八十年代伴隨著光導(dǎo)纖維及光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)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(hào)的新型傳感技術(shù)，其中分布式光纖傳感技術(shù)是最具前途的技術(shù)之一。分布式光纖傳感器的解調(diào)技術(shù)主要有:基于自發(fā)布里淵光時(shí)域反射技術(shù)(Brillouin Optical Time Domain Reflectormeter,縮寫:B0TDR)、基于受激布里淵光時(shí)域反射技術(shù)(Brillouin Optical Time Domain Analysis縮寫:B0TDA)、基于受激布里淵光頻域反射技術(shù)(Brillouin Optical Frequently TimeDomain Analysis 縮寫:B0FDA)、基于拉曼光時(shí)域反射技術(shù)(Raman Optical Time DomainReflectormeter,縮寫:R0TDR)以及基于瑞利散射和菲涅爾反射的光時(shí)域反射技術(shù)(Optical Time Domain RefIectometer縮寫:0TDR)等。由于分布式光纖傳感技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)工程和巖土工程領(lǐng)域。特別是近年來，分布式光纖傳感技術(shù)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(jiān)測中的應(yīng)用已倍受國內(nèi)外的普遍關(guān)注。但在巖土體變形監(jiān)測中往往會(huì)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于外力作用造成拉斷損壞等，從而導(dǎo)致監(jiān)測中斷或失效。
[0003]中國專利申請200910032861.7提出了一種“高空間分辨率分布式光纖溫度傳感器”，該傳感器，采用獨(dú)特的螺旋纏繞的排布方式，增加單位長度測試段內(nèi)的傳感光纖長度，使得基于BOTDR技術(shù)的溫度測試空間分辨精度提高到數(shù)厘米級，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，適用于惡劣環(huán)境和大型工程溫度檢測的優(yōu)點(diǎn)，但還存在以下明顯不足:一是該傳感器采用螺旋式排布方式并使光纖不發(fā)生應(yīng)變，適用于溫度檢測，無法用于對巖土體變形的監(jiān)測；二是該傳感器采用單條光纖模式，在實(shí)際應(yīng)用中一旦拉斷損壞便將導(dǎo)致整個(gè)監(jiān)測中斷；三是該傳感器光纖處于無預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，無法實(shí)現(xiàn)壓縮變形狀態(tài)的監(jiān)測。
[0004]如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足已成為當(dāng)今螺柱焊接【技術(shù)領(lǐng)域】亟待解決的重點(diǎn)難題之一O
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種波紋管分布式光纖測量傳感器，本發(fā)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(shí)現(xiàn)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(jù)本發(fā)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，其特征在于還包括波紋管，所述的感測光纖上至少串套I個(gè)波紋管，被串套的波紋管兩兩之間的間距大小可調(diào)，每個(gè)波紋管的兩端用高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂封注形成注膠固定段，所述的感測光纖的數(shù)量為I束，其中有I根為預(yù)應(yīng)力感測光纖、其余的為縮折式感測光纖，受力時(shí)的縮折式感測光纖可在波紋管中的原位上作軸向滑動(dòng)或伸縮。
[0008]本發(fā)明的工作原理是:本發(fā)明在使用中被粘貼于被測對象表面或直埋于被測對象內(nèi)部，當(dāng)設(shè)置波紋管內(nèi)的前一級感測光纖的變形量達(dá)到損壞或拉斷極限前，后一級長度的感測光纖將在瞬間自動(dòng)接替工作，并以I束感測光纖具備可接替工作的儲(chǔ)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(fā)明通過外部BOTDR/A、B0FDA、R0TDR以及OTDR等解調(diào)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集傳輸，完全適用于地面沉降、地裂縫、地面塌陷、滑坡、路基或礦山井巷等巖土體變形監(jiān)測。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著優(yōu)點(diǎn)在于:一是本發(fā)明的波紋管表面具有波紋結(jié)構(gòu)，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(fā)明的波紋管內(nèi)設(shè)置的感測光纖長度具有縮折性，在前一級感測光纖發(fā)生損壞或拉斷時(shí)，可被后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(jiān)測中大大提高了光纖測量傳感器的成活率；三是本發(fā)明的波紋管內(nèi)設(shè)置了 I束感測光纖，可適用于不同的傳感模式和不同的傳感精度，以滿足不同的變形監(jiān)測要求；四是本發(fā)明的波紋管兩端設(shè)有注膠固定段，為波紋管內(nèi)設(shè)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(xié)調(diào)性能，又能有效地防止應(yīng)變擴(kuò)散，使光纖測量傳感器的工作更加可靠。本發(fā)明特別適用于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(fā)明提出的一種波紋管分布式光纖測量傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的單個(gè)波紋管單元結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0013]圖3是本發(fā)明的波紋管注膠固定段橫截面結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0014]【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0016]結(jié)合圖1和圖2，本發(fā)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)，其特征在于還包括波紋管(1)，所述的感測光纖(2)上至少串套I個(gè)波紋管(1)，被串套的波紋管(I)兩兩之間的間距大小可調(diào)，每個(gè)波紋管(I)的兩端用高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂封注形成注膠固定段(3)，所述的感測光纖(2)的數(shù)量為I束，其中有I根為預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)、其余的為縮折式感測光纖(2-2)，受力時(shí)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(dòng)或伸縮。
[0017]本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案是:
本發(fā)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(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)的預(yù)應(yīng)力為2000個(gè)微應(yīng)變；感測光纖(2)的數(shù)量為3?10根；在同一光纖測量傳感器中應(yīng)設(shè)置同類材質(zhì)的感測光纖(2)，但有特殊要求的也可選擇多種組合。[0018]本發(fā)明的波紋管(I)為具有較高強(qiáng)度、可變形性好并滿足易機(jī)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(jié)構(gòu)、管壁厚度6?15mm、內(nèi)徑為14?50mm、長度至少為50個(gè)波紋數(shù)、長度最多可達(dá)幾百個(gè)、幾千個(gè)甚至幾萬個(gè)波紋數(shù)。
[0019]結(jié)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，它通過采用高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂在波紋管(I)兩端進(jìn)行封注來實(shí)現(xiàn)，即將波紋管(I)與其管內(nèi)布設(shè)的感測光纖(2)固定，同時(shí)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(dòng)或伸縮。
[0020]本發(fā)明的具體實(shí)施例及要求是:
實(shí)施例1，以制作長度為IOOOm的波紋管分布式光纖測量傳感器為例。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)要求:波紋管(I)長度為1.5m、內(nèi)徑為50mm、管壁厚度為15mm、波紋數(shù)為150個(gè),管壁為四層結(jié)構(gòu)，波紋管(I)既可按所述規(guī)格直接定制，也可將超長度的成品按長度為1.5m分段截??；感測光纖(2)的數(shù)量為10條，以第I條預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)的長度IOOOm為基準(zhǔn)，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 ;采用波紋管(I )400個(gè)，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(jìn)行分級，對第I級預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)的預(yù)應(yīng)力施加2000微應(yīng)變，對第2、3、4、5、6、7、8、9、10級縮折式感測光纖(2-2)設(shè)置在波紋管
(1)內(nèi)的長度依次分別預(yù)留0.03m、0.06m、0.09m、0.12m、0.15m、0.18m、0.21m、0.24m、0.27m ；對波紋管(I)兩端采用10分鐘快干型高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂進(jìn)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；注膠完成后，待高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂固結(jié)后，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(shí)施例2，以制作長度為800m的波紋管分布式光纖測量傳感器為例。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)要求:波紋管(I)長度為1.5m、內(nèi)徑為40mm、管壁厚度為13mm、波紋數(shù)約為150個(gè),管壁為四層結(jié)構(gòu)，波紋管(I)既可按所述規(guī)格直接定制，也可將超長度的成品按長度為1.5m分段截?。桓袦y光纖(2)的數(shù)量為8條，以第I條預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)的長度800m為基準(zhǔn)，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 ;采用波紋管(I )320個(gè)，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(jìn)行分級，對第I級預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)的預(yù)應(yīng)力施加2000微應(yīng)變，對第2、3、4、5、6、7、8級縮折式感測光纖(2_2)設(shè)置在波紋管(I)內(nèi)的長度依次分別預(yù)留 0.03m、0.06m、0.09m、0.12m、0.15m、0.18m、0.21m ;對波紋管(I)兩端采用 10分鐘快干型高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂進(jìn)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；注膠完成后，待高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂固結(jié)后，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(shí)施例3，以制作長度為500m的波紋管分布式光纖測量傳感器為例。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)要求:波紋管(I)長度為lm、內(nèi)徑為30mm、管壁厚度為12mm、波紋數(shù)約為100個(gè),管壁為四層結(jié)構(gòu)，波紋管(I)既可按所述規(guī)格直接定制，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(shù)量為6條，以第I條預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)的長度500m為基準(zhǔn)，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 ;采用波紋管(I) 250個(gè)，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(jìn)行分級，對第I級預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)的預(yù)應(yīng)力施加2000微應(yīng)變，對第2、3、4、5、6級縮折式感測光纖(2-2)設(shè)置在波紋管(I)內(nèi)的長度依次分別預(yù)留0.02m、0.04m、
0.06m、0.08m、0.1m ;對波紋管(I)兩端采用10分鐘快干型高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂進(jìn)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；注膠完成后，待高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂固結(jié)后，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(shí)施例4，以制作長度為200m的波紋管分布式光纖測量傳感器為例。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)要求:波紋管(I)長度為lm、內(nèi)徑為25mm、管壁厚度為9mm、波紋數(shù)約為100個(gè),管壁為四層結(jié)構(gòu)，波紋管(I)既可按所述規(guī)格直接定制，也可將超長度的成品按長度為Im分段截?。桓袦y光纖(2)的數(shù)量為5條，以第I條預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)的長度200m為基準(zhǔn)，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 ;采用波紋管(I)100個(gè)，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(jìn)行分級，對第I級預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)的預(yù)應(yīng)力施加2000微應(yīng)變，對第2、3、4、5級縮折式感測光纖(2-2)設(shè)置在波紋管(I)內(nèi)的長度依次分別預(yù)留0.02m、0.04m、0.06m、0.08m ;對波紋管(I)兩端采用10分鐘快干型高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂進(jìn)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；注膠完成后，待高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂固結(jié)后，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(shí)施例5，以制作長度為IOOm的波紋管分布式光纖測量傳感器為例。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)要求:波紋管(I)長度為lm、內(nèi)徑為20mm、管壁厚度為8mm、波紋數(shù)約為200個(gè),管壁為四層結(jié)構(gòu)，波紋管(I)既可按所述規(guī)格直接定制，也可將超長度的成品按長度為Im分段截?。桓袦y光纖(2)的數(shù)量為4條，以第I條預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)的長度IOOm為基準(zhǔn)，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 ;采用波紋管(I )50個(gè)，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(jìn)行分級，對第I級預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)的預(yù)應(yīng)力施加2000微應(yīng)變，對第2、3、4級縮折式感測光纖(2-2)設(shè)置在波紋管(I)內(nèi)的長度依次分別預(yù)留0.02m、0.04m、0.06m ;對波紋管(I)兩端采用10分鐘快干型高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂進(jìn)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；注膠完成后，待高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂固結(jié)后，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(shí)施例6，以制作長度為IOm的波紋管分布式光纖測量傳感器為例。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)要求:波紋管(I)長度為lm、內(nèi)徑為14mm、管壁厚度為6mm、波紋數(shù)約為250個(gè),管壁為四層結(jié)構(gòu)，波紋管(I)既可按所述規(guī)格直接定制，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(shù)量為3條，以第I條預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)的長度IOm為基準(zhǔn)，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 ;采用波紋管(I) 5個(gè)，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(jìn)行分級，對第I級預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)的預(yù)應(yīng)力施加2000微應(yīng)變，對第2、3級縮折式感測光纖(2-2)設(shè)置在波紋管(I)內(nèi)的長度依次分別預(yù)留0.02m、0.04m ;對波紋管(I)兩端采用10分鐘快干型高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂進(jìn)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；注膠完成后，待高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂固結(jié)后，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(shí)施例中，每個(gè)波紋管(I)內(nèi)各級縮折式感測光纖(2-2)的預(yù)留長度是按第I級預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)拉斷時(shí)所應(yīng)增加的長度來依次遞增的，預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)拉斷力按2000個(gè)微應(yīng)變來計(jì)算，如波紋管(I)長度為lm，該波紋管(I)內(nèi)從第2級開始的縮折式感測光纖(2-2)的預(yù)留長度依次為0.02m、0.04m……，以此類推；波紋管(I)的個(gè)數(shù)=本發(fā)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(fā)明總長度+波紋管(I)個(gè) 數(shù)X各級縮折式感測光纖(2-2)的預(yù)留長度。
[0027]本發(fā)明經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，取得了滿意的應(yīng)用效果。
【權(quán)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)，其特征在于還包括波紋管(1)，所述的感測光纖(2)上至少串套I個(gè)波紋管(1)，被串套的波紋管(I)兩兩之間的間距大小可調(diào)，每個(gè)波紋管(I)的兩端用高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂封注形成注膠固定段(3)，所述的感測光纖(2)的數(shù)量為I束，其中有I根為預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)、其余的為縮折式感測光纖(2-2)，受力時(shí)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(dòng)或伸縮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波紋管分布式光纖測量傳感器，其特征在于感測光纖(2)為緊套光纖、松套光纖、單模光纖、多模光纖或光纜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波紋管分布式光纖測量傳感器，其特征在于感測光纖(2)中的預(yù)應(yīng)力感測光纖(2-1)的預(yù)應(yīng)力為2000個(gè)微應(yīng)變。
4.根據(jù)權(quán)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，其特征在于感測光纖(2)的數(shù)量為3?10根。
5.根據(jù)權(quán)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，其特征在于波紋管(I)為金屬波紋管、形狀為管狀、管壁為雙層、三層或多層結(jié)構(gòu)、管壁厚度6?15mm、內(nèi)徑為14?50mm、長度至少為50個(gè)波紋數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種波紋管分布式光纖測量傳感器，其特征在于波紋管(I)材質(zhì)為金屬波紋管、形狀為管狀、管壁為雙層、三層或多層結(jié)構(gòu)、管壁厚度6?15mm、內(nèi)徑為14?50mm、長度至少為50個(gè)波紋數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK103604382SQ201310534318
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】劉瑾, 盧毅, 施斌, 張發(fā)明, 孫少銳, 薛天祥 申請人:河海大學(xué)