一种铠装应变监测光缆及覆土监测和应力校准方法技术

本发明专利技术公开了一种铠装应变监测光缆及覆土监测和应力校准方法，包括由中央到外圈依次设置的纤芯(1)、钢松套管(3)、钢丝铠装(4)、外护套(5)，所述纤芯(1)与钢松套管(3)之间设置有填充油膏(2)；本发明专利技术具有很强的机械性能，抗拉、抗压，并且具有优秀的防鼠害能力，大大提高了其直埋敷设后的成活率，同时光缆各个结构部分之间紧密贴合无滑移，有效确保了应力的传递性能，使得应变数据具有较高的精确度与灵敏度。

A Method for Monitoring the Strain of Armored Optical Cables and Covering Soil and Calibrating the Stress

The invention discloses an armoured strain monitoring optical cable and a soil-covered monitoring and stress calibration method, which comprises a fiber core (1), a steel pine sleeve (3), a steel wire armour (4), a sheath (5) arranged sequentially from the center to the outer ring, and a filling ointment (2) arranged between the fiber core (1) and the steel pine sleeve (3); the invention has strong mechanical properties, resistance to tension and compression, and excellent anti-rodent damage ability. It greatly improves the survival rate of the cable after directly buried. At the same time, the structure parts of the cable are closely adhered to each other without slip, which effectively ensures the stress transfer performance and makes the strain data have high accuracy and sensitivity.

【技术实现步骤摘要】
一种铠装应变监测光缆及覆土监测和应力校准方法
本专利技术涉及一种铠装应变监测光缆及覆土监测和应力校准方法，属于结构健康、地质灾害监测领域。
技术介绍
随着社会的进步和经济的发展，大量的工程建设在各地展开，更多造型奇特、规模庞大的建筑物出现在世界各地。由于设计上、施工质量等方面的缺陷，导致工程建筑物在施工和运营期间发生变形，如果变形超出极限，就会影响建筑物的使用，甚至发生坍塌等事故。由于变形监测能够为判断工程建筑物的安全性提供必要的信息，使得变形监测的意义更加重要。地质灾害监测指的是，运用各种技术和方法，测量、监视地质灾害活动以及各种诱发因素动态变化的工作，是预测预报地质灾害的重要依据,是减灾防灾的重要内容。分布式光纤监测技术作为一种新型的监测技术，广泛应用于建筑结构、地质灾害等领域，很大程度上弥补了传统监测手段的不足，具有成本低、耐腐蚀、耐高低温、抗电磁干扰、低损耗传输远等优势。基于该技术的应变监测光缆可依据工程需求进行定制，光缆可自由敷设，尺寸效应极小，尤其适用于大型岩土体内部的变形监测。但现有的应变监测光缆机械性能差，直埋敷设后的成活率低，光缆各个结构部分之间容易滑移。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种重量轻、强度大、应变数据的精确度和灵敏度高的铠装应变监测光缆及覆土监测和应力校准方法，本专利技术广泛应用于山体滑坡、岩土沉降、结构变形等方向的应变监测。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种铠装应变监测光缆，主要由外护套，钢丝铠装，钢丝铠装，填充油膏，纤芯组成。所述外护套的材料为PE材料，HDPE(高密度聚乙烯)的这些近程结构特点决定了其具有以下基本性能：材料密度较高，结晶性好，结晶度大，分子层间作用力大。宏观表现为材料密度高，拉伸强度等机械性能良好，材料硬度高，耐磨损性能优异，耐化学腐蚀性能好。所述的钢丝铠装，根据钢丝(钢绞线)直径(0.3-0.6mm)的不同，所用的铠装根数(8-12根)也不相同，考虑到防锈、强度等问题，特选用不锈钢丝作为铠装材料。所述的钢松套管是采用钢套管对光纤进行保护，钢管壁厚应在0.15-0.20mm之间，在加强光缆强度的同时，还有考虑到光缆对应变的灵敏度，因此钢管直径不宜太大，在0.8-1.1mm之间。所述的纤芯为了排除多余纤芯的干扰，采用单根光纤作为纤芯，选用普通单模光纤(G657)。所述的应变监测光缆可以用于地质灾害的监测，监测主要包含两个部分——分布式光纤解调设备与本专利技术的铠装应变监测光缆；所述的分布式光纤解调设备是基于布里渊散射测量技术(BOTDA)进行分布式光纤传感的测量；而本专利技术铠装应变监测光缆则作为应力应变感知元件与光通信载体。本专利技术相比现有技术，具有以下有益效果：1)本专利技术光缆有钢丝铠装与钢套管两个高强度结构，具有很高的抗拉强度，同时具有良好的防鼠害能力，极大的增加了光缆敷设后的成活率与使用年限，非常适用于工程现场，尤其是基础设施的监测；2)本专利技术各个部分之间紧密贴合无滑移，在保证高强度的同时，保证了应变传递的灵敏度与准确度。钢松套管中添加填充油膏在保护了纤芯的同时，确保了纤芯的应力传递；钢丝铠装中的钢绞线紧密缠绕在钢松套管外表面，使得钢丝铠装与钢松套管形成类似“锁死”结构；HDPE外护套热粘于钢丝铠装的钢绞线上，形成整体，确保了各个部分之间紧密贴合无滑移。3)本专利技术的直径仅在3-5mm之间，其重量约为17-20kg/km，具有体积小重量轻的优势。4)本专利技术安装简单、测量精度高、稳定性高、性能价格比好。附图说明图1是本专利技术铠装应变监测光缆断面示意图图2是铠装应变监测光缆各层结构示意图图3实验一布置图图4深覆土光缆频率曲线变化图图5实验二布置图图6频率-应变关系对应图其中：1—纤芯；2—填充油膏；3—钢松套管(0.9mm)；4—钢丝铠装(0.3mmx12根)；5—HDPE外护套，6—铠装应变监测光缆，7—分布式光纤解调设备。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。一种铠装应变监测光缆，如图1、2所示，包括由内到外依次设置的纤芯(1)、钢松套管(3)、钢丝铠装(4)、外护套(5)，所述纤芯(1)为单模光纤，填充油膏(2)填充在所述纤芯(1)与钢松套管(3)之间，所述填充油膏(2)采用LHAX油膏；所述外护套(5)采用高密度聚乙烯制成；所述钢丝铠装(4)中的钢丝直径0.3mm，在本专利技术的另一实施例中，钢丝直径0.4mm，在本专利技术的另一实施例中，钢丝直径0.6mm，所述钢丝铠装(4)中的钢丝根数12根，在本专利技术的另一实施例中，钢丝根数8根，在本专利技术的又另一实施例中，钢丝根数10根；所述钢松套管(3)采用钢套管，所述钢松套管(3)的钢管壁厚应在0.18mm，在本专利技术的另一实施例中，钢管壁厚在0.15mm,在本专利技术的又另一实施例中，钢管壁厚在0.20mm之间；所述钢松套管(3)的直径在0.1mm，在本专利技术的另一实施例中，钢松套管(3)的直径在0.8mm，在本专利技术的又另一实施例中，钢松套管(3)的直径在1.1mm。实验一：深覆土实验一种采用铠装应变监测光缆的深覆土监测方法，如图3所示，，包括以下步骤：步骤一、将铠装应变监测光缆(6)与分布式光纤解调设备(7)连接，其中，铠装应变监测光缆(6)作为应变感知元件与光通信载体；分布式光纤解调设备(7)采用基于布里渊散射测量技术进行分布式光纤传感的测量；步骤二、用推土机开挖一条长沟槽，长约50m，深度在0.5m左右；步骤三、沿沟槽水平放置铠装应变监测光缆(6)，保持平直不扭曲，通过分布式光纤解调设备(7)记录初始数据；步骤四、推土机采用垂直于铠装应变监测光缆(6)布设方向前进，由远及近逐次推铲大量土壤至铠装应变监测光缆(6)上方，通过分布式光纤解调设备(7)记录每次覆土后的数据。步骤五、分析观察记录的数据；如图4所示，记录了本专利技术光缆在5次埋土后的变化情况，通过该实验可以说明本专利技术光缆在周围土体受力变化后，其数据较之于初始状态有明显变化，进而该光缆可以用于地质灾害事件的监测预警。实验二：应力校准实验一种铠装应变监测光缆的应力校准方法，如图5所示，分别在起始位置、中间位置、末端位置取3m的长度，一侧固定在固定位置，另一侧固定在微定位单元上，采用微定位单元上施加的应变位移Δ来计算所施加的应变，ε＝ΔL/L，ε表示施加的应变，ΔL表示测试的伸长量，L表示特定的长度；设定伸长率的误差为±0.01mm，长度L为±5mm。频率应变公式为：y＝27.888x-1.9843，其中，y表示应变，x表示频率差。测试的伸长量ΔL＝0.3、0.6和0.9mm，其分别对应于100、200、300με水平。根据光纤传感技术的原理，光纤频率与所受应力成正比关系，通过应力的校准，可以定量得出相关因数，即1MHz＝27.888με，如图6所示。本专利技术较之于目前的应变监测光缆来说，其具有很强的机械性能，抗拉、抗压，并且具有优秀的防鼠害能力，大大提高了其直埋敷设后的成活率，同时光缆各个结构部分之间紧密贴合无滑移，有效确保了应力的传递性能，使得应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铠装应变监测光缆，其特征在于：包括由中央到外圈依次设置的纤芯(1)、钢松套管(3)、钢丝铠装(4)、外护套(5)，所述纤芯(1)与钢松套管(3)之间设置有填充油膏(2)；所述钢丝铠装(4)中的钢绞线直径0.3‑0.6mm、所述钢丝铠装(4)中的钢绞线根数8‑12根；所述钢松套管(3)采用钢套管，所述钢松套管(3)的钢管壁厚应在0.15‑0.20mm之间；所述钢松套管(3)的直径在0.8‑1.1mm之间。

【技术特征摘要】
1.一种铠装应变监测光缆，其特征在于：包括由中央到外圈依次设置的纤芯(1)、钢松套管(3)、钢丝铠装(4)、外护套(5)，所述纤芯(1)与钢松套管(3)之间设置有填充油膏(2)；所述钢丝铠装(4)中的钢绞线直径0.3-0.6mm、所述钢丝铠装(4)中的钢绞线根数8-12根；所述钢松套管(3)采用钢套管，所述钢松套管(3)的钢管壁厚应在0.15-0.20mm之间；所述钢松套管(3)的直径在0.8-1.1mm之间。2.根据权利要求1所述铠装应变监测光缆，其特征在于：所述钢丝铠装(4)中的钢绞线紧密缠绕在钢松套管(3)外表面，使得钢丝铠装(4)与钢松套管(3)形成“锁死”结构；外护套(5)热粘于钢丝铠装(4)的钢绞线上，形成整体。3.根据权利要求1所述铠装应变监测光缆，其特征在于：所述外护套(5)采用高密度聚乙烯制成。4.根据权利要求1所述铠装应变监测光缆，其特征在于：所述填充油膏(2)采用LHAX油膏。5.根据权利要求1所述铠装应变监测光缆，其特征在于：所述纤芯(1)为单模光纤。6.一种采用权利要求1所述铠装应变监测光缆的深覆土监测方法，其特征在于，包括以...

【专利技术属性】
技术研发人员：接智成，吴帅，胡德新，邵翰林，史波，
申请(专利权)人：南京嘉兆仪器设备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32