一种串联式光纤光栅沉降监测系统及方法技术方案

本公开提供一种串联式光纤光栅沉降监测系统及方法，涉及地层沉降监测领域，包括液位池、基准点沉降仪、待测点沉降仪、管路、堵头、光缆和光纤光栅解调仪，基准点沉降仪内部设有基准腔体，所述基准腔体设有入口和出口，待测点沉降仪内部设有测试腔体，所述测试腔体设有对应的入口和出口，待测点沉降仪内部和基准点沉降仪内部均设有光纤光栅监测机构，分别实时监测基准腔体内的液压和测试腔体内的液压，通过在密闭空间尾端留有可开端口，可以很好地排出密闭腔体里的气体，确保液体能充满整个密闭空间，解决了基准点和待测点距离远时的施工难度大和维护成本高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种串联式光纤光栅沉降监测系统及方法
本公开涉及地层沉降监测领域，特别涉及一种串联式光纤光栅沉降监测系统及方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。地层沉降是一种常见地质现象。其地层沉降是一个缓慢、长期演变发展的过程，严重时成为地质灾害，威胁人民生命财产安全和使用。如矿山开采引起的覆岩和地表塌陷、过度地下水开采引起的地层沉陷、城市地下工程引起的基础沉降等；纵观地面沉降地质灾害，长期、连续地进行监测是防治地面沉降最有效也是最根本的措施；而布拉格光纤光栅(FBG)沉降仪具有卓越的组网能力、安全、抗电磁干扰、稳定性高等优点，适用于沉降参数的实时监控。专利技术人发现，目前采用光纤光栅沉降仪测定地层沉降的方案，存在较多弊端；比如只能实现基准点和一个待测点之间的测量，当需要测量多个测量点时，需要设置多个基准点，不能共用一个基准点测量多个测量点；当基准点与待测点相距较远时，由于中间蛇形软管可能上下起伏，导致气体被封在密闭腔体里面，使水不能很好地充满整个密闭容器，增加施工和维护难度；当测量环境处于低温环境时，使用的液体水容易结冰，堵塞蛇形管，导致无法监测，且水结冰容易涨破蛇形管，导致液体泄漏，也导致无法测量；另外，目前的沉降监测系统在使用时，多需要保证测量点的传感器在一个水平面上，导致串联的数量不多，长距离多点需要分段进行测量；而且需要通过吊装来调节传感器的水平面，增加了施工和维护成本；难以满足现有对地层沉降的长时间实时监测的需求。
技术实现思路
本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种串联式光纤光栅沉降监测系统及方法，通过在密闭空间尾端留有可开端口，可以很好地排出密闭腔体里的气体，确保液体能充满整个密闭空间，解决了基准点和待测点距离远时的施工难度大和维护成本高的问题；还通过使用耐低温PVC钢丝软管代替蛇形管，增加了串联管道的抗压性、耐磨性和耐低温性；使用带颜色的防冻液代替水，增加了密闭空间的维护性和工程环境适应性。本公开的第一目的是提供一种串联式光纤光栅沉降监测系统，采用以下技术方案：包括：液位池，容纳有液体；基准点沉降仪，与液位池共同布置在基准点位置，内部设有基准腔体和对应的光纤光栅监测机构，光纤光栅监测机构实时监测基准腔体内的液压；多个待测点沉降仪，分别对应布置在各个待测点位置，每个待测点沉降仪内部均设有待测腔体和对应的光纤光栅监测机构，光纤光栅监测机构实时监测待测腔体内的液压；光纤光栅解调仪，通过光缆连接所有光纤光栅监测机构；所述液位池通过管路依次串联连通基准腔体和所有待测腔体，位于最后的一待测腔体的出口处进行封堵，形成末端密封的空腔，液体充满基准腔体、管路和各个待测腔体；所述光纤光栅解调仪通过获取光纤光栅监测机构的变化数据，实时监测基准点位置和待测点位置的沉降变化。进一步地，所述液位池内容纳的液体为带有颜色的防冻液，液位池内液体的液面的水平高度高于管路、基准点沉降仪、待测点沉降仪，用于使液体充满整个空腔。进一步地，所述基准点沉降仪和液位池共同安装在不随待测点发生沉降的固定基座上，用于使基准腔体内的液压做基准点判断待测点是否发生沉降。进一步地，所述基准点沉降仪和待测点沉降仪内均设有对应的光纤光栅监测机构，在待测腔体和基准腔体内的液压发生变化时，光纤光栅监测机构获取该液压变化并发送至光纤光栅解调仪。进一步地，所述待测腔体设有入口和出口，一待测腔体的入口通过管路连通上一待测腔体的出口，出口通过管路连通下一待测腔体的入口，依次形成串联结构。进一步地，串联结构最后一个待测腔体的出口处配合有堵头，堵头配合管路、基准腔体、待测腔体共同构成一端开口的空腔，用于排出空腔内的空气并封堵串联结构的末端，空腔的开口处与液位池连通。本公开的第二目的是提供一种沉降监测方法，利用如上所述的串联式光纤光栅沉降监测系统，包括以下步骤：在基准点安装液位池、基准点沉降仪，在所有待测点分别安装待测点沉降仪；通过管路将液位池、基准腔体、所有待测腔体依次串联连通，并在液位池内倒入液体，使液位充满管路、基准腔体和待测腔体；静置后通过光纤光栅解调仪测得所有沉降仪对应的光纤光栅监测机构的波长，并作为标定数据，计算各个待测点相对于基准点的液位深度；标定后，通过光纤光栅解调仪实时测量所有沉降仪对应的光纤光栅监测机构的波长，从而获取各个待测点的实时沉降量。进一步地，在布置管路前，先通过光缆将所有光纤光栅监测机构接入光纤光栅解调仪，并在未通入液体时，分别测得所有沉降仪对应的光纤光栅监测机构的波长，作为光纤光栅监测机构的初始波长数据。进一步地，在布置管路后，液位池内的液体逐渐充填空腔，待空腔内空气排净、液体充满整个腔体后，封堵腔体末端。进一步地，液位池内的液面高度高于管路、基准点沉降仪、待测点沉降仪。与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：(1)通过管路将液位池、基准点沉降仪、待测点沉降仪依次形成串联，从而连通液位池、基准腔体和待测腔体，并配合堵头形成密闭空腔，使得液体充满整个空腔，从而保证液压传递的流畅性；实现所有待测点共用一个基准液面进行沉降量的串联远距离测量，以基准点沉降仪的液压值作为基准值，通过比对待测点的液压值与基准值的液压值，获取沉降量，实现多点待测位置的沉降测量，安装更为简单，减少了施工成本和维护成本，提高了工程应用的实用性；(2)所述液位池内储存带有颜色的防冻液，在排查残留气泡和泄露点时，能够使防冻液与外界环境、管路产生明显色差，提高辨识度，从而提高排查效率；液位池与基准点沉降仪一起固定在不随待测点发生沉降的固定基座上，同时确保液位池内的防冻液的液面高于管路、基准点沉降仪和待测点沉降仪，使得防冻液始终充满整个密封腔体；避免腔体内残留液体影响测量的精度；(3)耐低温PVC钢丝软管相较于普通管子具有耐磨、耐低温、抗压性强等优点，在处于恶劣的监测环境时，能够减少破裂和受挤压堵塞的风险；保证整个系统稳定运行。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为本公开实施例1、2中沉降监测系统的整体结构示意图；图2为本公开实施例1、2中沉降仪的内部结构示意图；图3为本公开实施例1、2中沉降仪的外观结构示意图。图中，1、不锈钢套管，2、开槽毛细管，3、应力光纤光栅，4、温补光纤光栅，5、金属膜片，6、进液口，7、出液口，8、固定孔，9、底座，10、封盖，11、光缆，12、通气孔，13、外壳，14、光纤光栅解调仪，15、液位池，16、基准点沉降仪，17、管路，18、待测点沉降仪，19、堵头。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联式光纤光栅沉降监测系统，其特征在于，包括：/n液位池，容纳有液体；/n基准点沉降仪，与液位池共同布置在基准点位置，内部设有基准腔体和对应的光纤光栅监测机构，光纤光栅监测机构实时监测基准腔体内的液压；/n多个待测点沉降仪，分别对应布置在各个待测点位置，每个待测点沉降仪内部均设有待测腔体和对应的光纤光栅监测机构，光纤光栅监测机构实时监测待测腔体内的液压；/n光纤光栅解调仪，通过光缆连接所有光纤光栅监测机构；/n所述液位池通过管路依次串联连通基准腔体和所有待测腔体，位于最后的一待测腔体的出口处进行封堵，形成末端密封的空腔，液体充满基准腔体、管路和各个待测腔体；/n所述光纤光栅解调仪通过获取光纤光栅监测机构的变化数据，实时监测基准点位置和待测点位置的沉降变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种串联式光纤光栅沉降监测系统，其特征在于，包括：
液位池，容纳有液体；
基准点沉降仪，与液位池共同布置在基准点位置，内部设有基准腔体和对应的光纤光栅监测机构，光纤光栅监测机构实时监测基准腔体内的液压；
多个待测点沉降仪，分别对应布置在各个待测点位置，每个待测点沉降仪内部均设有待测腔体和对应的光纤光栅监测机构，光纤光栅监测机构实时监测待测腔体内的液压；
光纤光栅解调仪，通过光缆连接所有光纤光栅监测机构；
所述液位池通过管路依次串联连通基准腔体和所有待测腔体，位于最后的一待测腔体的出口处进行封堵，形成末端密封的空腔，液体充满基准腔体、管路和各个待测腔体；
所述光纤光栅解调仪通过获取光纤光栅监测机构的变化数据，实时监测基准点位置和待测点位置的沉降变化。


2.如权利要求1所述的串联式光纤光栅沉降监测系统，其特征在于，所述液位池内容纳的液体为带有颜色的防冻液，液位池内液体的液面的水平高度高于管路、基准点沉降仪、待测点沉降仪，用于使液体充满整个空腔。


3.如权利要求1所述的串联式光纤光栅沉降监测系统，其特征在于，所述基准点沉降仪和液位池共同安装在不随待测点发生沉降的固定基座上，用于使基准腔体内的液压做基准点判断待测点是否发生沉降。


4.如权利要求1所述的串联式光纤光栅沉降监测系统，其特征在于，所述基准点沉降仪和待测点沉降仪内均设有对应的光纤光栅监测机构，在待测腔体和基准腔体内的液压发生变化时，光纤光栅监测机构获取该液压变化并发送至光纤光栅解调仪。


5.如权利要求1所述的串联式光纤光栅沉降监测系统，其特征在于，所述待测腔体设有入口和...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔洪亮，程立耀，于淼，王忠民，罗政纯，杨先进，杨先勇，吴崇坚，郑志丰，
申请(专利权)人：珠海任驰光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44