一种具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统，包括钢板桩、第一分布式传感光纤、第二分布式传感光纤、光纤接头以及分布式传感光纤解调仪；钢板桩的腹板的内侧形成U型的第一光纤安装槽，腹板的外侧形成有U型的第二光纤安装槽；第一分布式传感光纤设置于第一光纤安装槽内，第二分布式传感光纤设置于第二光纤安装槽内；第一分布式传感光纤的两端从第一光纤安装槽的两个开口延伸出，第二分布式传感光纤的两端从第二光纤安装槽的两个开口延伸出；第一分布式传感光纤以及第二分布式传感光纤延伸出的两端分别通过光纤接头连接至分布式传感光纤解调仪。本发明专利技术具有受环境因素影响小，监测范围大、耐久性、耐腐蚀和长期稳定性好的优点。

A distributed optical fiber cofferdam monitoring system and method with temperature compensation function

【技术实现步骤摘要】
一种具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统及方法
本专利技术涉及围堰监测领域，尤其涉及一种具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统及方法。
技术介绍
围堰是指在水利工程建设中，为建造永久性水利设施而修建的临时性围护结构(通常采用钢材)。其作用是防止水和土进入建筑物的修建位置，以便在围堰内排水，开挖基坑，修筑建筑物。一般主要用于水工建筑中，除作为正式建筑物的一部分外，围堰一般在用完后拆除。在使用围堰技术的过程中，由于河床的错综复杂且多变，导致无法对河床进行准确的测量，因此很容易造成围堰的坍塌，这不仅仅会延误工期，还会造成巨大的人员财产损失。为了防止围堰出现一些不良的突发事故，通常的手段是进行围堰安全监控，通过全程动态监控，实时对钢围堰承受能力进行评估，用以确定钢围堰是否安全。现有的围堰监测通常采用的是点式或准分布式监测，其存在布置困难、漏检、成本高、监测不稳定、容易受环境因素影响，监测范围小和耐久性能不足的缺点。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种一种具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统及方法，其具有受环境温度等因素影响小，监测范围大、耐久性、耐腐蚀和长期稳定性好的优点，从而为工程的动态风险评估提供精确、可靠的监测数据，保证基坑开挖安全和可靠性。本专利技术实施例提供了一种具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统，包括用于构建形成围堰结构的钢板桩、第一分布式传感光纤、第二分布式传感光纤、光纤接头以及分布式传感光纤解调仪；其中，所述钢板桩的腹板的内侧形成有U型的第一光纤安装槽，所述钢板桩的腹板的外侧形成有U型的第二光纤安装槽；所述第一分布式传感光纤设置于所述第一光纤安装槽内，所述第二分布式传感光纤设置于所述第二光纤安装槽内；所述第一分布式传感光纤的两端从所述第一光纤安装槽的两个开口延伸出，所述第二分布式传感光纤的两端从所述第二光纤安装槽的两个开口延伸出；所述第一分布式传感光纤以及所述第二分布式传感光纤延伸出的两端分别通过所述光纤接头连接至所述分布式传感光纤解调仪。优选地，所述第一光纤安装槽以及第二光纤安装槽均由呈U型的两根钢筋形成；其中，两根钢筋具有预定的间距，以形成凹槽结构。优选地，所述钢筋之间的间距为10mm，所述钢筋的直径为6mm。优选地，所述钢筋设置于所述腹板的内侧和外侧的中轴线附近。优选地，所述第一分布式传感光纤通过环氧树脂胶水固定于所述第一光纤安装槽内；所述第二分布式传感光纤通过环氧树脂胶水固定于所述第二光纤安装槽内。优选地，所述光纤接头为APC接头。优选地，所述第一分布式传感光纤从所述第一光纤安装槽的两个开口延伸出的两部分长度相等；所述第二分布式传感光纤从所述第二光纤安装槽的两个开口延伸出的两部分长度相等。本专利技术实施例还提供了一种基于如上述的分布式光纤围堰监测系统的围堰监测方法，包括：接收由第一分布式传感光纤和第二分布式传感光纤传输的光信号；根据所述光信号计算第一分布式传感光纤在预定截面处的第一应变以及第二分布式传感光纤在所述预定截面处的第二应变；获取第一分布式传感光纤相对于钢板桩的中性面的第一距离以及第二分布式传感光纤相对于钢板桩的中性面的第二距离；根据所述第一应变、第二应变、第一距离、第二距离、钢板桩的桩身截面惯性矩以及桩身材料弹性模量计算得到在所述预定截面处的桩身弯矩；根据所述桩身弯矩分布计算桩身挠度分布，从而实现对钢板桩的监测。优选地，所述桩身弯矩的计算公式为：其中，M(x)为在预定截面处的桩身弯矩；Iz为桩身截面惯性矩；E为桩身材料弹性模量；ε1(x)为第一应变；ε′1(x)为第二应变；Y(x)＝y1(x)-y1'(x)；其中，y1(x)为第一距离，y1'(x)为第二距离；Y(x)＝Y，Y为所述腹板的厚度。优选地，所述桩身挠度分布的公式为：IzEyD(x)＝-∫[∫M(x)dx]dx+Cx+D；其中，式中yD(x)为在所述预定截面处的挠度；C和D为根据边界条件所确定的参数。本专利技术实施例提供的具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统及方法具有如下优点：1、分布式传感光纤的埋设工艺采用两根钢筋进行保护，而不直接对钢板桩进行加工，可保证不削弱钢板桩截面性能；2、两根钢筋均具有半圆形的连接部，有利于光纤形成回路；3、分布式传感光纤具有抗电磁干扰、防雷击、防水、防潮、耐高温、抗腐蚀等特点，适用于水下、潮湿、有电磁干扰等一些条件比较恶劣的环境，与金属传感器相比具有更强的耐久性；4、通过布设具有分布式特点的分布式传感光纤，光纤即作为传感体又作为传输介质，可以比较容易实现长距离、分布式监测；5、光纤本身轻细纤柔、体积较小、重量较轻，便于布设安装。6、本实施例获得的桩身弯矩以及桩身挠度均是消除了温度应变影响的，能保证指标的准确性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统的腹板内侧的结构示意图。图2是本专利技术实施例提供的具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统的一个截面示意图。图3是本专利技术实施例提供的具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统沉桩后的示意简图。图4是本专利技术实施例提供的具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统沉桩后的截面简图。图5是本专利技术实施例提供的围堰监测方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1及图2，本专利技术实施例提供了一种具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统，其包括用于构建形成围堰结构的钢板桩10、第一分布式传感光纤20、第二分布式传感光纤30、多个光纤接头40以及分布式传感光纤解调仪(BOTDA)50。其中，所述钢板桩10的腹板11的内侧形成有U型的第一光纤安装槽12，所述钢板桩10的腹板11的外侧形成有U型的第二光纤安装槽13；所述第一分布式传感光纤20设置于所述第一光纤安装槽12内，所述第二分布式传感光纤30设置于所述第二光纤安装槽14内；所述第一分布式传感光纤20的两端从所述第一光纤安装槽12的两个开口延伸出，所述第二分布式传感光纤30的两端从所述第二光纤安装槽13的两个开口延伸出；所述第一分布式传感光纤20以及所述第二分布式传感光纤30延伸出的两端分别通过所述光纤接头40连接至所述分布式传感光纤解调仪50。在本实施例中，所述第一光纤安装槽12由呈U型的第一钢筋121和第二钢筋122形成；其中，所述第一钢筋121以及第二钢筋122均固定于所述钢板桩10的腹板11上，且所述第一钢筋121和第二钢筋122具有预定的间距，以形成用于容纳所述第一分布式传感光纤20的凹槽结构。具体地，在本实施例中，所述第一钢筋121以及所述第二钢筋122均由两个直线部以及连接两个直线段的半圆形连接部形成。在施工时，可在钢板桩10的腹板11的中轴线上下位置附近焊接上四个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统，其特征在于，包括用于构建形成围堰结构的钢板桩、第一分布式传感光纤、第二分布式传感光纤、光纤接头以及分布式传感光纤解调仪；其中，所述钢板桩的腹板的内侧形成有U型的第一光纤安装槽，所述钢板桩的腹板的外侧形成有U型的第二光纤安装槽；所述第一分布式传感光纤设置于所述第一光纤安装槽内，所述第二分布式传感光纤设置于所述第二光纤安装槽内；所述第一分布式传感光纤的两端从所述第一光纤安装槽的两个开口延伸出，所述第二分布式传感光纤的两端从所述第二光纤安装槽的两个开口延伸出；所述第一分布式传感光纤以及所述第二分布式传感光纤延伸出的两端分别通过所述光纤接头连接至所述分布式传感光纤解调仪。

【技术特征摘要】
1.一种具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统，其特征在于，包括用于构建形成围堰结构的钢板桩、第一分布式传感光纤、第二分布式传感光纤、光纤接头以及分布式传感光纤解调仪；其中，所述钢板桩的腹板的内侧形成有U型的第一光纤安装槽，所述钢板桩的腹板的外侧形成有U型的第二光纤安装槽；所述第一分布式传感光纤设置于所述第一光纤安装槽内，所述第二分布式传感光纤设置于所述第二光纤安装槽内；所述第一分布式传感光纤的两端从所述第一光纤安装槽的两个开口延伸出，所述第二分布式传感光纤的两端从所述第二光纤安装槽的两个开口延伸出；所述第一分布式传感光纤以及所述第二分布式传感光纤延伸出的两端分别通过所述光纤接头连接至所述分布式传感光纤解调仪。2.根据权利要求1所述的具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统，其特征在于，所述第一光纤安装槽以及第二光纤安装槽均由呈U型的两根钢筋形成；其中，两根钢筋具有预定的间距，以形成凹槽结构。3.根据权利要求2所述的具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统，其特征在于，所述钢筋之间的间距为10mm，所述钢筋的直径为6mm。4.根据权利要求2所述的具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统，其特征在于，所述钢筋设置于所述腹板的内侧和外侧的中轴线附近。5.根据权利要求4所述的具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统，其特征在于，所述第一分布式传感光纤通过环氧树脂胶水固定于所述第一光纤安装槽内；所述第二分布式传感光纤通过环氧树脂胶水固定于所述第二光纤安装槽内。6.根据权利要求1所述的具有温度补偿功能的分布式光纤围堰监测系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立新，雷志强，毛景权，王刚，张春雨，田乐，南青涛，熊志勇，莫昭辉，
申请(专利权)人：毛景权，
类型：发明
国别省市：河南,41