【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤传感，尤其涉及一种利用双芯应变光缆监测gis管道独立支墩沉降的装置及方法。
技术介绍
1、传统gis设备沉降监测包括测量法、视觉检查、地基测量、水准测量和地面振动测量。这些方法在提供沉降信息方面存在一些限制，如周期性监测困难、准确度有限以及对设备运行状态的实时反馈受到限制等。
2、为解决这些问题，近年来光纤监测技术逐渐成为gis设备沉降监测的创新方向。通过在gis设备周围布设光纤传感器，利用光纤传感技术灵敏度高、抗电磁干扰、长期稳定性强的特点实现对设备基础沉降的长期、实时监测，解决了人工定期巡检周期长、成本高的问题。
3、现阶段常见的光纤沉降监测方法有光纤光栅静力水准监测、应变光缆分布式应变监测等，但这些方法存在各种问题，导致难以推广应用，仅在少量试点项目中见到。例如，光纤光栅静力水准仪采用光纤光栅作为敏感元件，由于光源带宽的限制，每个监测通道的静力水准仪复用数量只有4个左右，监测系统的容量一般只有数十个，而通常500kv变电站gis设备基础监测点达到上千个；基于布里渊光时域反射技术的光纤沉降监测方法采用应变光缆测量沿线应变分布，通过光缆的应变变化来反演计算沉降量，该方法受空间分辨率限制，测量精度难以满足监测要求。
技术实现思路
1、本专利技术主要目的在于提供一种通过弱光栅应变光缆监测gis管道沉降，能够准确监测被测路基段gis管道的沉降变形情况，提高测量精度。
2、本专利技术所采用的技术方案是：
3、提供一种利用双
4、非形变固定件，其上设有缆槽，且固定在gis管道独立支墩的侧面；
5、双芯应变光缆，水平设置在相邻gis管道独立支墩之间，且双芯应变光缆的两端分别固定在非形变固定件的缆槽之中，呈预拉伸状态；该双芯应变光缆中设有两个上下平行的光纤，每根光纤中均刻有弱光栅阵列；当gis管道独立支墩下沉时，双芯应变光缆随之下沉，位于双芯应变光缆中的上光纤处于拉伸状态，位于双芯应变光缆中的下光纤处于压缩状态；
6、解调仪，与双芯应变光缆连接，用于对获取的双芯应变光缆中的光纤信号进行解调，得到光纤的波长信息；
7、处理器，用于获取解调仪解调的波长信息，根据波长信息计算两个光纤中的应变值，并利用下式计算gis管道独立支墩的沉降：
8、
9、式中，为沿着双芯应变光缆布设方向的挠度分布函数，为双芯应变光缆中上方光纤各个弱光栅处的应变值，为双芯应变光缆中下方光纤与上方光纤各个弱光栅对应位置的应变值，为双芯应变光缆中两条平行光纤间的距离，和是通过挠度曲线边界确定的参量，为双芯应变光缆中每一个弱光栅的位置变量；
10、该处理器根据该挠度分布函数，得到任意时刻双芯应变光缆相对于初始水平位置的挠度曲线，从而得到在空间分辨率范围内各个弱光栅所在点的沉降值，根据该沉降值判断gis管道独立支墩的沉降。
11、接上述技术方案，处理器还用于计算gis设备水平位移，具体过程如下：
12、通过双芯应变光缆测量所得的应变求得沿着光纤方向的累计微变形，进而求得以最小空间分辨率为整数倍的变化量，假设光纤中任意a、b两点光栅之间的距离为，在水平方向上发生位移后，两点之间的距离变为，此时的为：
13、
14、式中，为双芯应变光缆测量得到的两个光纤应变值的均值，为a、b两点之间每一个弱光栅的位置变量，并根据计算得到的沉降值计算a、b两点在水平方向上发生的位移为：
15、
16、式中，为a、b两点的水平位移，为a点或者b点相对于初始水平位置的沉降值。
17、接上述技术方案，双芯应变光缆的截面为椭圆形。
18、接上述技术方案，每个非形变固定件上设有上下两个缆槽，双芯应变光缆的卡设在两个缆槽之间；缆槽通过紧固件固定在gis管道独立支墩的侧面上；缆槽的形状与双芯应变光缆的相适配。
19、接上述技术方案，每个非形变固定件上设有一个缆槽，缆槽内设有光缆通孔，双芯应变光缆的穿过光缆通孔固定；缆槽通过紧固件固定在gis管道独立支墩的侧面上；光缆通孔的形状与双芯应变光缆的相适配。
20、接上述技术方案，双芯应变光缆包括外护套，外护套内设有加强芯以及两根刻有弱光栅阵列的平行光纤，光纤外部依次包覆紧套管和芳纶纱，且两根光纤之间通过成交叉状的连接架支撑。
21、接上述技术方案，紧固件为螺栓。
22、接上述技术方案，两根光纤上的弱光栅阵列在竖直方向上对齐。
23、本专利技术还提供了一种利用双芯应变光缆监测gis管道独立支墩沉降的方法，包括以下步骤：
24、将非形变固定件固定在gis管道独立支墩的侧面；
25、将双芯应变光缆水平设置在相邻gis管道独立支墩之间，且双芯应变光缆的两端分别在非形变固定件的缆槽中固定，呈预拉伸状态；该双芯应变光缆中设有两个上下平行的光纤，每根光纤中均刻有弱光栅阵列；
26、当gis管道独立支墩下沉时，双芯应变光缆随之下沉，位于双芯应变光缆中的上光纤处于拉伸状态，位于双芯应变光缆中的下光纤处于压缩状态；
27、通过解调仪对获取的双芯应变光缆中的光纤信号进行解调，得到光纤的波长信息；
28、通过处理器获取解调仪解调的波长信息，并根据波长信息计算两个光纤中的应变值，并利用下式计算gis管道独立支墩的沉降：
29、
30、式中，为沿着双芯应变光缆布设方向的挠度分布函数，为双芯应变光缆中上方光纤各个弱光栅处的应变值，为双芯应变光缆中下方光纤与上方光纤各个弱光栅对应位置的应变值，为双芯应变光缆中两条平行光纤间的距离，和是通过挠度曲线边界确定的参量，为双芯应变光缆中每一个弱光栅的位置变量；
31、该处理器根据该挠度分布函数，得到任意时刻双芯应变光缆相对于初始水平位置的挠度曲线，从而得到在空间分辨率范围内各个弱光栅所在点的沉降值，根据该沉降值判断gis管道独立支墩的沉降。
32、接上述技术方案，该方法还包括步骤：计算gis设备水平位移，具体过程如下：
33、通过双芯应变光缆测量所得的应变求得沿着光纤方向的累计微变形，进而求得以最小空间分辨率为整数倍的变化量，假设光纤中任意a、b两点光栅之间的距离为，在水平方向上发生位移后，两点之间的距离变为，此时的为：
34、
35、式中，为双芯应变光缆测量得到的两个光纤应变值的均值，为a、b两点之间每一个弱光栅的位置变量，并根据计算得到的沉降值计算a、b两点在水平方向上发生的位移为：
36、
37、式中，为a、b两点的水平位移，为a点或者b点相对于初始水平位置的沉降值。根据该沉降值可完成沉降判断。
38、本专利技术产生的有益效果是：本专利技术将双芯应变光缆的上下光纤中刻有弱光栅，每个弱光栅均可作为敏感元件即应变传感器，可以使得在同一根光纤本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用双芯应变光缆监测GIS管道独立支墩沉降的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的利用双芯应变光缆监测GIS管道独立支墩沉降的装置，其特征在于，处理器还用于计算GIS设备水平位移，具体过程如下：
3.根据权利要求1所述的利用双芯应变光缆监测GIS管道独立支墩沉降的装置，其特征在于，双芯应变光缆的截面为椭圆形。
4.根据权利要求1所述的利用双芯应变光缆监测GIS管道独立支墩沉降的装置，其特征在于，每个非形变固定件上设有上下两个缆槽，双芯应变光缆的卡设在两个缆槽之间；缆槽通过紧固件固定在GIS管道独立支墩的侧面上；缆槽的形状与双芯应变光缆的相适配。
5.根据权利要求1所述的利用双芯应变光缆监测GIS管道独立支墩沉降的装置，其特征在于，每个非形变固定件上设有一个缆槽，缆槽内设有光缆通孔，双芯应变光缆的穿过光缆通孔固定；缆槽通过紧固件固定在GIS管道独立支墩的侧面上；光缆通孔的形状与双芯应变光缆的相适配。
6.根据权利要求1所述的利用双芯应变光缆监测GIS管道独立支墩沉降的装置，其特征在于，双芯应变光缆包括外
7.根据权利要求4或5所述的利用双芯应变光缆监测GIS管道独立支墩沉降的装置，其特征在于，紧固件为螺栓。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的利用双芯应变光缆监测GIS管道独立支墩沉降的装置，其特征在于，两根光纤上的弱光栅阵列在竖直方向上对齐。
9.一种利用双芯应变光缆监测GIS管道独立支墩沉降的方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的利用双芯应变光缆监测GIS管道独立支墩沉降的方法，其特征在于，该方法还包括步骤：计算GIS设备水平位移，具体过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种利用双芯应变光缆监测gis管道独立支墩沉降的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的利用双芯应变光缆监测gis管道独立支墩沉降的装置，其特征在于，处理器还用于计算gis设备水平位移，具体过程如下：
3.根据权利要求1所述的利用双芯应变光缆监测gis管道独立支墩沉降的装置，其特征在于，双芯应变光缆的截面为椭圆形。
4.根据权利要求1所述的利用双芯应变光缆监测gis管道独立支墩沉降的装置，其特征在于，每个非形变固定件上设有上下两个缆槽，双芯应变光缆的卡设在两个缆槽之间；缆槽通过紧固件固定在gis管道独立支墩的侧面上；缆槽的形状与双芯应变光缆的相适配。
5.根据权利要求1所述的利用双芯应变光缆监测gis管道独立支墩沉降的装置，其特征在于，每个非形变固定件上设有一个缆槽，缆槽内设有光缆通孔，双芯应变光缆的穿过光缆通孔固定；缆槽通过紧固件固定在gis管道独立支...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱悦林，王霄，罗新飞，王宁，肖卓君，徐石，
申请(专利权)人：浙江静远电力实业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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