一种GFRP光纤光栅应变光缆制造技术

一种GFRP光纤光栅应变光缆，属于地面沉降土体压缩监测应用领域。光缆包括GFRP光纤光栅应变光缆原链路和GFRP光纤光栅应变光缆回路，在GFRP光纤光栅应变光缆原链路上设置加固模块，具体为在光栅传感器两侧分散固定若干加固模块，在传感器光栅传感器两端1m范围内，至少间隔20cm使用加固模块加固一次，光栅传感器两侧第一个加固模块与光栅传感器间距为10cm；加固模块为一体式橡胶管，外表面粗糙；使用热熔胶填充应变光缆与加固模块空隙，并封堵加固模块两端。解决其应用于土体竖向变形测量时光缆本身与土体耦合效果差、易发生容易滑移，光缆底部固定困难，安装过程中光缆局部损伤导致大范围传感器失效的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种GFRP光纤光栅应变光缆
本技术属于地面沉降土体压缩监测应用领域。
技术介绍
城市地面沉降是在自然因素和人为因素作用下，由于地壳表层土压缩而导致城市区域性地面标高降低的一种城市环境地质现象。它是一种缓变的地质灾害，不仅对开发建设有严重的地质灾害隐患，而且对现有城市建设、市政基础设施、农业生产、人民生活等造成直接损害，也造成运力下降、挡潮和排水等间接损害。伴随着近年来地面沉降范围的扩大，程度的加深，它对人类生存环境的影响也越来越大，使得一些城市尤其是沿海城市人们的正常生活受到影响，造成的经济损失也是巨大的，这引起了人们的广泛关注。开展地面沉降调查与监测，掌握地面沉降现状，是有效开展地面沉降防治工作的基础。目前常用的地面沉降监测方法及特点如下表1所示。表1常用地面沉降监测方法及特点结合各监测方法的特点，需探索一种集性能可靠、自动化程度高、观测精度高、数据量充足、监测效率高、施工简便和成本可控等为一体的新型传感监测技术。光纤传感技术广泛应用于工程实践，如桥梁路面健康监测、大坝混凝土结构监测、隧道围岩监测、坡体变形监测等。其中准分布式光纤传感器即通过光纤将光栅串联起来，实现大范围内多点同时测量，在此模式下，光纤传感器中的光纤只“传”不“感”，只起到传输光波的作用。目前使用广泛且发展成熟的光纤布拉格光栅即为准分布式光纤传感器。准分布式光纤传感器具有监测精度高、频移清晰，采集精度高、采集设备类型多，费用合理等优点。结合地面沉降土体监测项目的特点及采用准分布式光纤光栅传感技术开展地面沉降土体监测的实践应用，准分布式光纤光栅传感技术成为地面沉降监测的一种新型监测方法。针对所申请技术的领域，与本申请应用方向接近的专利号为200620019599.4的一种差动式光纤Bragg光栅沉降仪，用于地表沉降变形测量，属光电子测量器件
由悬臂梁(2)，分别粘贴在悬臂梁上、下表面的两个光纤Bragg光栅(3)，通过挂钩(5)和刃口(4)连接悬臂梁末端和沉降墩(6)，以及获取光纤Bragg光栅的Bragg波长的光纤光栅分析仪组成；两根光纤Bragg光栅为同一型号的光敏光纤，悬臂梁为从端头到尾部逐渐变小的等强度悬臂梁，端头固定于测量场地上的固定平台、末端有V型槽结构。其结构示意图如图1所示。使用时将悬臂梁的固定端固定在工程结构中的固定装置上(如边坡中的抗滑桩)，将沉降墩直接埋放于待测地点的地表，通过沉降墩将地沉降的位移量转换为悬臂梁的变形，使分别粘贴在悬臂梁上、下表面的光纤Bragg光栅的Bragg波长发生移位，再用普通光纤光栅分析仪获得两根光纤Bragg光栅的Bragg波长移位量，将测量结果进行差动运算，以消除温度的影响，从而得到待测地表的沉降量。现有技术设备是通过悬臂梁的弯曲变形量来计算沉降墩的垂直位移量，所以要求悬臂梁的变形是符合规则并可计算的，但是实际情况却很难控制，其实际测量起来还是有一定的误差存在。现有技术设备只能测量地表沉降变形情况，不能监测地下岩土体沉降分层压缩变形情况。光纤光栅感测技术是一种准分布式测量方法，将多支传感器通过共用光纤实现光信号传输与监测信息采集。由于光纤光栅自身脆弱，常在光纤光栅外增加“外被”，以增强其抗拉伸和剪切性能。常见的“外被”材质有聚氨酯表层、聚四氟乙烯、玻璃纤维增强塑料(GFRP)等，这些“外被”表面均比较光滑，当其应用于土体纵向变形监测时，存在固定效果差，容易在土体中滑移的问题，继而影响监测效果。特别是GFRP光纤光栅应变光缆，其直径仅2mm，表面光滑，材质强度高、硬度大，不可弯折，应用于土层纵向位移监测时，与土体咬合力差，容易在土体中滑移。不同于建筑物表面平铺式安装，在使用光纤光栅应变光缆测量土体变形量时需要将其纵向布设于待测土层中，保证应变光缆竖直、伸展，并且底部需牢固固定，对光纤光栅应变光缆的安装工艺提出了更高的要求。此外，光纤光栅十分脆弱，一根光纤光栅光缆中含有多支甚至数十支传感器，一旦某处受损中断，将导致其后端的光栅传感器因无法获取光信号而失效。
技术实现思路
本技术针对GFRP材质的光纤光栅应变光缆，主要解决其应用于土体竖向变形测量时光缆本身与土体耦合效果差、易发生容易滑移，光缆底部固定困难，安装过程中光缆局部损伤导致大范围传感器失效的问题一种GFRP光纤光栅应变光缆，其特征在于：包括GFRP光纤光栅应变光缆原链路和GFRP光纤光栅应变光缆回路，在GFRP光纤光栅应变光缆原链路上设置加固模块，具体为在光栅传感器两侧分散固定若干加固模块，在传感器光栅传感器两端1m范围内，至少间隔20cm使用加固模块加固一次，光栅传感器两侧第一个加固模块与光栅传感器间距为10cm；加固模块为一体式橡胶管，外表面粗糙度Ra不低于0.4；使用热熔胶填充应变光缆与加固模块空隙，并封堵加固模块两端。进一步，加固模块为一体式橡胶管，内径2.5mm、外径8mm、长度5cm。进一步，GFRP光纤光栅应变光缆原链路和GFRP光纤光栅应变光缆回路均穿过配重，配重总体为圆柱形，中空，配重中部侧壁开窗；配重顶部设有短接钢管，短接钢管内壁为反丝扣，配重底部切割成齿状，且底部封堵；配重上部焊“连接管”，连接管下部开孔穿进钢管内部用于将应变光缆穿越配重内。进一步，配重总长800mm，最大外径76mm；配重顶部设有150mm长、直径50mm的短接钢管；配重底部100mm切割成齿状，且底部封堵。进一步，连接管管径10mm，下部开孔穿进钢管内部，进入钢管内部长度30mm，穿入段需打磨圆滑。更具体的：光纤光栅应变光缆加固目的在于增加局部光缆直径，增强光缆与土体耦合效果。加固针对光纤光栅应变光缆中光栅传感器所在段，加固采用分段加固的方式，在光栅传感器两侧分散固定若干加固模块，增加应变光缆与土体的耦合效果。具体加固步骤如下：1)在传感器两端1m范围内，至少间隔20cm使用加固模块加固一次，光栅传感器两侧第一个加固模块与传感器间距为10cm。加固模块为一体式橡胶管，内径2.5mm、外径8mm、长度5cm，外表面粗糙，表面粗糙度Ra不低于0.4；2)安装过程需保证加固模块完整一体，加固过程中不能损伤加固模块；3)使用热熔胶填充应变光缆与加固模块空隙，并封堵加固模块两端，确保加固模块与应变光缆牢固连接。光纤光栅应变光缆自身重量较轻(约5kg/km)，仅靠自身重量难以下放到钻孔内，需在应变光缆底部连接配重，增加光缆重量便于下放，保证光缆在竖向钻孔内保持铅直状态，并且能够牢固固定于土层中，为后续监测有效性提供保障。应变光缆连接的配重尺寸、重量适宜，避免因配重尺寸过大卡孔或重量太大损伤应变光缆，同时在使用过程中不得出现光纤光栅应变光缆与钻孔壁摩擦损伤光缆。对于勘察钻常用的110mm孔径钻孔，要求配重总体为圆柱形，中空，总长800mm，最大外径76mm；顶部设有150mm长、直径50mm的短接钢管(内壁为反丝扣)，用于与钻杆连接下放及安装后与钻杆快速脱离；底部100mm切割成齿状，且底部封堵，便于扎入土层中，固定配重底部，同时土层不进入中空的配重内；配重上部焊“连接管”，管径10mm，下部开孔穿进钢管内部，进入钢管内部长度30mm，进入段需打磨圆滑，用于将应变光缆穿入配重内；配重中部侧壁开窗(长150mm×宽70mm)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GFRP光纤光栅应变光缆，其特征在于：包括GFRP光纤光栅应变光缆原链路和GFRP光纤光栅应变光缆回路，在GFRP光纤光栅应变光缆原链路上设置加固模块，具体为在光栅传感器两侧分散固定若干加固模块，在传感器光栅传感器两端1m范围内，至少间隔20cm使用加固模块加固一次，光栅传感器两侧第一个加固模块与光栅传感器间距为10cm；加固模块为一体式橡胶管，外表面粗糙度Ra不低于0.4；使用热熔胶填充应变光缆与加固模块空隙，并封堵加固模块两端。

【技术特征摘要】
1.一种GFRP光纤光栅应变光缆，其特征在于：包括GFRP光纤光栅应变光缆原链路和GFRP光纤光栅应变光缆回路，在GFRP光纤光栅应变光缆原链路上设置加固模块，具体为在光栅传感器两侧分散固定若干加固模块，在传感器光栅传感器两端1m范围内，至少间隔20cm使用加固模块加固一次，光栅传感器两侧第一个加固模块与光栅传感器间距为10cm；加固模块为一体式橡胶管，外表面粗糙度Ra不低于0.4；使用热熔胶填充应变光缆与加固模块空隙，并封堵加固模块两端。2.根据权利要求1所述的一种GFRP光纤光栅应变光缆，其特征在于：加固模块内径2.5mm、外径8mm、长度5cm。3.根据权利要求1所述的一种GFRP光纤光栅应变光缆，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海刚，郭海朋，程国明，席莎，秦同春，王云龙，臧西胜，朱菊艳，王桂杰，
申请(专利权)人：中国地质环境监测院，
类型：新型
国别省市：北京,11