基于塑料光纤光时域反射的土体位移矢量监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于塑料光纤光时域反射的土体位移矢量监测装置及方法，包括设置于监测区域的柔性圆管、设置于柔性圆管内的空心圆柱筒以及塑料光纤；所述空心圆柱筒内注入有液体；所述塑料光纤沿空心圆柱筒的高度方向设置于空心圆柱筒内壁；所述塑料光纤沿长度方向设置有均匀分布的刻槽；所述塑料光纤的一端与信号解调器的信号输入端连接，所述信号解调器输出位移矢量信息。本发明专利技术能够实时准确测量土体滑移量的大小，且能够判断出潜在的滑移方向。向。向。

【技术实现步骤摘要】
基于塑料光纤光时域反射的土体位移矢量监测装置及方法


[0001]本专利技术涉及土体监测领域，具体涉及一种基于塑料光纤光时域反射的土体位移矢量监测装置及方法。

技术介绍

[0002]土体内部位移是反应边坡或基坑稳定状态的重要参数，目前，对于土体内部位移的监测，有的是依靠人工借助沉降装置并通过探头进行测量监测，有的是通过改进监测装置进行位移的监测测量，但是这些监测方式，要么是工作量大，监测效率低，要么是测量精度差，适用范围小，且容易受电磁干扰，复用能力有限；同时，这些现有的监测方式，只能监测滑移量大小，对于滑移方向的判断却无能为力。
[0003]因此，需要一种基于塑料光纤光时域反射的土体位移矢量监测装置及方法，能够解决以上问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是克服现有技术中的缺陷，提供基于塑料光纤光时域反射的土体位移矢量监测装置及方法，能够实时准确测量土体滑移量的大小，且能够判断出潜在的滑移方向。
[0005]本专利技术的基于塑料光纤光时域反射的土体位移矢量监测装置，包括设置于监测区域的柔性圆管、设置于柔性圆管内的空心圆柱筒以及塑料光纤；
[0006]所述空心圆柱筒内注入有液体；所述塑料光纤沿空心圆柱筒的高度方向设置于空心圆柱筒内壁；所述塑料光纤沿长度方向设置有均匀分布的刻槽；所述塑料光纤的一端与信号解调器的信号输入端连接，所述信号解调器输出位移矢量信息。
[0007]进一步，所述塑料光纤为三根，三根塑料光纤依次连接。
[0008]进一步，三根塑料光纤在空心圆柱筒底面的投影为三个点，将三个点依次连接形成一个三角形。
[0009]进一步，所述三角形为等腰三角形。
[0010]进一步，所述刻槽浸没在液体中。
[0011]进一步，所述刻槽为V型或U型。
[0012]一种基于塑料光纤光时域反射的土体位移矢量监测方法，包括如下步骤：
[0013]将三根塑料光纤与液体表面的交点标记为A
’
、B
’
以及C
’
；
[0014]确定土体变形后A
’
、B
’
以及C
’
的坐标；
[0015]确定A
’
、B
’
以及C
’
所构成平面的法向量；
[0016]根据法向量，计算液体表面的倾斜方位角；
[0017]通过倾斜方位角，计算土体的变形量。
[0018]进一步，确定土体变形后A
’
、B
’
以及C
’
的坐标，具体包括：
[0019]以空心圆柱筒的底面中心为原点，以空心圆柱筒的底面作为XOY平面，以过所述原
点垂直于空心圆柱筒底面的坐标轴为Z轴，形成XYZ三维空间直角坐标系；
[0020]基于XYZ三维坐标系，计算得到土体变形后A
’
坐标为(
‑
a,0,b1)，土体变形后B
’
坐标为(0,
‑
a,b2)，土体变形后C
’
坐标为(a,0,b3)；其中，a为空心圆柱筒的内径；并根据如下公式确定参数b1、b2、以及b3：
[0021](b1,b2,b3)＝K(I1,I2,I3)；
[0022]其中，I1,I2,I3分别为三根塑料光纤测量的损耗值；K为常数。
[0023]进一步，根据如下公式计算液体表面的倾斜方位角：
[0024][0025][0026]其中，β
x
为距x轴正向的液面倾斜方位角；β
y
为距y轴正向的液面倾斜方位角；为法向量；根据如下公式确定法向量
[0027][0028]进一步，根据如下公式计算土体的变形量：
[0029]s
x
＝hsinβ
x
；
[0030]s
y
＝hsinβ
y
；
[0031]其中，s
x
为土体空间变形量在XOZ平面内的投影量；h为空心圆柱筒的高度；s
y
为土体空间变形量在YOZ平面内的投影量。
[0032]本专利技术的有益效果是：本专利技术公开的一种基于塑料光纤光时域反射的土体位移矢量监测装置及方法，采用刻槽的塑料光纤在空心圆柱筒和柔性圆管中沿着长度方向分布，封装成本低，内部排线简单，在保障监测装置埋入到土体中后不会受到外界环境的干扰，通过塑料光纤阵列的有效布设，无需前期判断潜在滑移方向，能够快速精准地测量土体中位移矢量变化，为后续的工程应用提供了技术基础。
附图说明
[0033]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：
[0034]图1为本专利技术的土体位移矢量监测装置结构示意图；
[0035]图2为本专利技术的空心圆柱筒的三维结构示意图；
[0036]图3为本专利技术的塑料光纤的刻槽三维结构示意图；
[0037]其中，1
‑
柔性圆管；2
‑
空心圆柱筒；2.1
‑
半圆柱体通长孔；2.2
‑
螺栓孔I；2.3
‑
注水孔；3
‑
塑料光纤；3.1
‑
第一塑料光纤；3.2
‑
第二塑料光纤；3.3
‑
第三塑料光纤；3.4
‑
刻槽；4
‑
螺栓；4.1
‑
螺栓孔Ⅱ；5
‑
液体水；6
‑
信号解调器。
具体实施方式
[0038]以下结合说明书附图对本专利技术做出进一步的说明，如图所示：
[0039]本专利技术的基于塑料光纤光时域反射的土体位移矢量监测装置，包括设置于监测区域的柔性圆管1、设置于柔性圆管1内的空心圆柱筒2以及塑料光纤3；
[0040]所述空心圆柱筒2内注入有液体；所述塑料光纤3沿空心圆柱筒2的高度方向设置于空心圆柱筒2内壁；所述塑料光纤3沿长度方向设置有均匀分布的刻槽3.4；所述塑料光纤3的一端与信号解调器6的信号输入端连接，所述信号解调器6输出位移矢量信息并将位移矢量信息传输到远端的计算机。其中，所述液体可以是液体水5。
[0041]如图1所示，所述柔性圆管1的材质可采用塑料或金属类，沿管四周90度间隔留有4个螺栓孔Ⅱ4.1，两端可采用熔融或螺栓方式进行接长。所述空心圆柱筒2沿筒体四周间隔60度或者90度留有3个半圆柱体通长孔2.1，筒体外侧留有4个螺栓孔I2.2，沿空心圆柱筒2的注水孔2.3注入液体水5，空心圆柱筒2放置于柔性圆管1内，通过螺栓4固定。
[0042]与现阶段采用石英光纤进行土地位移监测相比，塑料光纤3具有断裂韧性高、可塑性好、价格低等众多优点。本专利技术采用刻槽3.4的塑料光纤3对土体位移矢量进行测量，封装简单高效，内部排线简单，传感器构造简单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于塑料光纤光时域反射的土体位移矢量监测装置，其特征在于：包括设置于监测区域的柔性圆管、设置于柔性圆管内的空心圆柱筒以及塑料光纤；所述空心圆柱筒内注入有液体；所述塑料光纤沿空心圆柱筒的高度方向设置于空心圆柱筒内壁；所述塑料光纤沿长度方向设置有均匀分布的刻槽；所述塑料光纤的一端与信号解调器的信号输入端连接，所述信号解调器输出位移矢量信息。2.根据权利要求1所述的基于塑料光纤光时域反射的土体位移矢量监测装置，其特征在于：所述塑料光纤为三根，三根塑料光纤依次连接。3.根据权利要求2所述的基于塑料光纤光时域反射的土体位移矢量监测装置，其特征在于：三根塑料光纤在空心圆柱筒底面的投影为三个点，将三个点依次连接形成一个三角形。4.根据权利要求3所述的基于塑料光纤光时域反射的土体位移矢量监测装置，其特征在于：所述三角形为等腰三角形。5.根据权利要求1所述的基于塑料光纤光时域反射的土体位移矢量监测装置，其特征在于：所述刻槽浸没在液体中。6.根据权利要求5所述的基于塑料光纤光时域反射的土体位移矢量监测装置，其特征在于：所述刻槽为V型或U型。7.一种利用权利要求1
‑
6任一项所述的监测装置进行监测的土体位移矢量监测方法，其特征在于：包括如下步骤：将三根塑料光纤与液体表面的交点标记为A
’
、B
’
以及C
’
；确定土体变形后A
’
、B
’
以及C
’
的坐标；确定A
’
、B
’
以及C
’
所构成平面的法向量；根据法向量，计算液体表面的倾斜方位角；通过倾斜方位角，计算土体的变形量。8.根据权利要求7所述的基于塑料...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑勇，余洁，郭德平，杨超，曾彬，钱剑，张增，邱月，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：