岩土介质界面相容型分布式光纤应变传感器制造技术

本发明专利技术公开了岩土介质界面相容型分布式光纤应变传感器，对光纤护套表面进行粗糙度处理，通过传感光纤的喷砂颗粒表面与岩土体颗粒之间的咬合、嵌固以及摩擦作用，来实现传感光纤与岩土介质之间的界面相容；首先，要确定不同地层岩土介质粗糙度值，然后根据待埋设地层的粗糙度特征值，对光纤护套作喷砂或钢丝磨刷处理；喷砂或钢丝磨刷后，需要对其进行相容性拉拔试验，用以检测表面喷砂后的光纤护套与岩土介质的咬合和嵌固效果。具有粗糙度特征值的传感光纤表面与岩土体颗粒之间具有较强的咬合与嵌固作用，提高了光纤与岩土介质之间的界面相容性；以满足的实际工程需要。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了岩土介质界面相容型分布式光纤应变传感器，对光纤护套表面进行粗糙度处理，通过传感光纤的喷砂颗粒表面与岩土体颗粒之间的咬合、嵌固以及摩擦作用，来实现传感光纤与岩土介质之间的界面相容；首先，要确定不同地层岩土介质粗糙度值，然后根据待埋设地层的粗糙度特征值，对光纤护套作喷砂或钢丝磨刷处理；喷砂或钢丝磨刷后，需要对其进行相容性拉拔试验，用以检测表面喷砂后的光纤护套与岩土介质的咬合和嵌固效果。具有粗糙度特征值的传感光纤表面与岩土体颗粒之间具有较强的咬合与嵌固作用，提高了光纤与岩土介质之间的界面相容性；以满足的实际工程需要。【专利说明】岩土介质界面相容型分布式光纤应变传感器 一、
本专利技术属于地质及岩土工程监测
，涉及光纤传感技术，具体是一种岩土介质界面相容型分布式光纤应变传感器方法。 二、
技术介绍
我国是世界上地质灾害最严重并受其威胁人口最多的国家之一。目前科学的发展水平仍无法充分解释与预测各类地质灾害孕育、发生和发展的规律，因此，对存在危险预兆的地质环境或人类工程活动所涉及到的地质体进行监测，仍是目前地质及岩土工程防灾减灾的主要方法之一。分布式光纤应变传感是近年来发展起来的一种先进技术，具体而言，就是在待测介质内部或表面布设线状分布的传感光纤，形成一个连续的传感器网络，通过对监测对象变形的实时监测，获得光纤沿线监测对象的变形场分布。在建筑、桥梁等人造结构物监测领域，分布式光纤应变传感可以获得较精确的定量监测值，因此被广泛应用；目前地质及岩土工程领域则基本上移植了既有的分布式光纤监测方法及工艺。然而，与钢材或混凝土等均匀、致密材质的人工建材不同，岩土介质是多孔、多相的复杂体系，具有显著的离散性与不均匀性，埋置在岩土介质内部时，传感光纤与岩土介质的界面往往存在无法充分接触的相容性缺陷，这导致传感光纤的局部变形测试值往往难以反映出岩土体的实际变形量，因此，现阶段尚无法对地质及岩土工程分布式光纤监测数据实现精准的定量分析，而只能采用简单的定性趋势分析或异常预警为主。可见，现实中急需一种与岩土介质界面相容的应变传感光纤，以提高现场分布式监测数据的定量化分析水平，满足地质及岩土工程分布式监测的实际工程需要。 三、
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对现有传感光纤与岩土介质之间接触界面无法充分相容的问题，本专利技术的目的在于:提出一种与岩土体界面充分相容的分布式光纤应变传感器及其设置方法。 本专利技术的目的是这样实现的:岩土介质界面相容型分布式光纤应变传感器，其特征是:通过对光纤护套表面的粗糙度处理，使分布式光纤应变传感器与岩土介质接触面具有界面相容性。 该方法实现的机理主要是对光纤护套表面进行粗糙度处理，通过喷砂颗粒护套或被钢丝磨刷的护套表面与岩土体颗粒之间的咬合、嵌固以及摩擦作用，来实现传感光纤与岩土介质之间的界面相容性:首先，确定待监测的不同地层内岩土介质粗糙度特征值，然后根据所测定的光纤所埋设地层的粗糙度特征值，对光纤护套作喷砂或钢丝磨刷处理；表面喷砂或磨刷后，需要对其进行相容性拉拔试验，以检测光纤表面喷砂或磨刷后护套与岩土介质的咬合及嵌固效果；在不同粗糙度的光纤护套熔接时，为保证过渡土层与光纤护套的界面相容性，要在光纤护套熔接处还采用具有中间粗糙度的护套包裹。 引入了地层材料(即岩土介质)粗糙度特征值的概念，将地层材料(即岩土介质)所特有的界面粗糙程度用粗糙度特征值定量化判定，以此作为对光纤护套进行准确的粗糙化处理的标记。光纤护套与地层材料(即岩土介质)的摩擦力愈大则传感效果更好。 采用了喷砂处理，喷砂法能够根据所给定的粗糙度特征值准确地进行材料表面的粗糙化处理，可以方便地得到与不同地层的粗糙程度相适应的光纤护套，有助于实现光纤护套表面与岩土介质接触界面的相容性。钢丝磨刷表面亦可。相对于细粒土，亦可采用钢丝拉毛方法处理。 使用光纤拉拔试验仪在室内对经喷砂或磨刷处理的光纤护套和未经处理的光纤护套进行相容性拉拔试验，以此来验证光纤护套表面的喷砂颗粒与岩土颗粒之间的咬合与嵌固作用以及摩擦作用有所提高，即经喷砂处理的光纤具有更好的界面相容性。 将光纤熔接处护套的过渡粗糙度考虑在内，采用中间粗糙度的护套将熔接处包裹，这样不仅对光纤熔接处起到保护作用，同时还能较好地解决不同粗糙度地层之间过渡部分与光纤护套接触界面的相容性问题。 上述确定地层粗糙度特征值的方法有两种:第一种是通过现场钻孔取样，直接选取某一代表性岩土体，用工具切开，选择裸露出的任意一个平面，然后直接用合适的粗糙度仪对其进行测量，获取粗糙度值；第二种是根据工程勘察大纲和相关地质水文资料中记录的土的类型、其孔隙比和含水率、土颗粒的大小、以及土的级配等参数，以及已有的粗糙度值的情况进行经验判断，得到大致的粗糙度特征值。这里得到的粗糙度特征值可以用来代表某一土层岩土介质粗糙度值的平均值。 具有粗糙度特征值的传感光纤表面与岩土体颗粒之间具有较强的咬合与嵌固作用，提高了光纤与岩土介质之间的界面相容性；使用前，通过相容性拉拔试验，确保该传感光纤达到设计所规定的界面相容性，即达到所要求的拉拔刚度；此外，采用具有中间粗糙度的护套包裹不同土层之间的光纤熔接点，来保证过渡土层与传感光纤之间的界面相容性。 本专利技术的有益效果包括:本专利技术解决了地质及岩土工程分布式监测中传感光纤与多孔离散的岩土介质之间界面相容性较差的现状，对提高现场分布式监测数据的定量化分析水平，以满足的实际工程需要。I)解决了分布式传感光纤与多孔离散的岩土介质之间界面相容性较差的问题；2)提高了传感光纤在待测岩土介质中的变形协调性；3)提高了传感光纤监测的灵敏度，有助于光纤变形的定量化与精细化分析。 四、【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术的思路流程图； 图2是本专利技术的光纤护套表面粗糙度设计示意图； 图3 (a)是相容性拉拔试验装置简图； 图3 (b)是某一组相容性拉拔试验测试结果； 图4是两端不同粗糙度传感光纤连接的示意图； 图5是本专利技术的分布式传感光纤工作原理图； 图6是本专利技术的一个地质工程应用实例，但本专利技术的应用不限于此，其中: (a)是地裂缝监测示意图；(a)中左图为示意图，右图是左图的截面图。 (b)是某一时刻喷砂光纤和普通光纤沿线的应变量分布曲线； 图7是测量数据的相关性曲线图。五、具体实施方案 下面结合附图和具体实例对本专利技术做详细阐述，但本系统应用范围不限于此。 根据监测现场工程地质条件，确定不同地层的内部特征粗糙度特征值；对传感光纤护套表面进行喷砂处理，得到具有不同表面粗糙度特征值的各段传感光纤；对传感光纤抽样进行拉拔试验，检验传感光纤与待测岩土介质之间的相容性；检验满足后，在监测现场，将具有不同表面粗糙度特征值的传感光纤分别埋入具有对应粗糙度特征值的地层内，不同表面粗糙度的各段传感光纤之间通过熔接相连，并在熔接套管外使用具有中间表面粗糙度的护套包裹保护，从而充分满足分布式传感光纤与监测现场岩土介质之间的界面相容性。 此处的地层粗糙程度主要是指在自然状态下，局部土体某一平面的平均平整度。这里有两种方法进行判断:第一种是通过现场钻孔取样，直接选取某一部分土体切开，并裸露出某一平面，然后直接选用合适的本文档来自技高网...

【技术保护点】
岩土介质界面相容型分布式光纤应变传感器方法，其特征是：通过对光纤护套的表面粗糙度处理，使分布式光纤应变传感器与岩土介质接触面具有界面相容性。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张巍，唐心煜，施斌，周发，王小敏，周远航，孙逊，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32