智能土工装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种用于定位监测和测量土木工程结构中的变形的智能上工装置。上述效果可通过以平行方式布置至少一條光纤或多條光纤而达成。所描述的智能土工装置包含在土工合成织物内平行布置的至少一条光纤或多条光纤，且每一条光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光。所述光纤中包括允许反射预定波长的至少一个光纤布拉格光栅FBG。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种智能土工装置，且更特定来说，涉及整合在土工合成织物中的多条光纤，其允许沿着所述光纤反射预定波长以便定位及定量测量所述光纤的变形，且因此在土木工程结构或可变形环境(例如土壤、软土路堤及堤坝)中放置所述智能土工布光纤传感装置可获得所述结构和环境的变形信息。
技术介绍
在堤坝、高速公路或铁路线路的施工期间，要进行大量的土木工程施工以打好基础。如果某些施工场地包括未知的自然或人造的洞室，那么在施工期间或在结构的使用期间可能会发生意外塌落。此外，如果在此施工之后进行任何操作之前没有识别出未知的洞室，那么由于过载、渗水、干旱或震动可能导致严重的事故。为了避免发生意外事件，在土木工程施工之前必须完成系统测深过程。然而，此系统测深的花费比较高且不仅要在施工场地采取深入检查还必须在施工场地附近采取深入检查。由于持续阴雨和干旱，即使陆地上没有洞室，在某些施工场地之下的土壤也可能遭受不均匀的沉降。在此情况之下陆地的变形可能要小于具有未知洞室的陆地的变形，但当考虑(例如)高速火车的安全时，所述情况证明是非常严重的。为了使路堤变硬，及为了限制路堤塌落的风险，习惯做法是在土壤上或在路堤内放置多片有纺或无纺土工合成织物。在此情况中，土工合成织物的线遭受相当大的力，这会导致织物延长或更严重的是使织物断裂，因此使路堤坍塌。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种装置，其包含在土木工程相关施工场地处用作变形监测系统的至少一条光纤。所揭示的装置能够提供检测发生变形的具体位置，且也能够计算所述光纤发生变形处的延长量。当空间分辨率(即，在光纤上邻近传感点之间的间距)需要改进，或当需要增加测量的表面或区域时，前述的功能可通过以平行方式布置一条光纤或多条光纤而实现。更明确地说，光纤可整合在土工合成织物(其常规用于加强路堤)内或土工合成织物上。下文是可执行本技术的预定目的的实施例。按照本技术提供的一种智能土工装置，包括至少一条光纤，且每一条光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光；其中所述至少一条光纤包括允许反射一个预定波长或多个预定波长的至少一个光纤布拉格光栅FBG。按照本技术提供的另一种智能土工装置，包括以平行方式布置的至少两条光纤，且每一条光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光；其中所述光纤中的一者包括允许反射预定波长的光纤布拉格光栅FBG，且其它光纤中的至少一者包括允许反射彼此不同的至少两个波长的至少两个不同的FBG。按照本技术提供的再一种智能土工装置，其包括:至少一条光纤及光学系统。每一光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光；其中所述至少一条光纤包含允许反射一个预定波长或多个预定波长的至少一个光纤布拉格光栅FBG。所述光学系统包括光源，其经配置以传输具有预定波长的所述光进入所述光纤；光谱分析仪，其能够同时接收及分析从所述光纤反射的光；及处理器，其能够定位所述光纤遭受变形的位置及能够测量所述光纤发生变形处的延长量。按照本技术提供的又一种智能土工装置，其包括以平行方式布置的至少两条光纤及光学系统。每一条光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光；其中所述光纤中的一者包括允许反射预定波长的光纤布拉格光栅FBG，且其它光纤中的至少一者包括允许反射彼此不同的至少两个波长的至少两个不同的FBG。所述光学系统包括光源，其经配置以传输具有预定波长的所述光进入所述光纤；光谱分析仪，其能够同时接收及分析从所述光纤反射的光；及处理器，其能够定位所述光纤遭受变形的位置及能够测量所述光纤发生变形处的延长量。本专利技术的一个实施例提供一种智能土工装置，其具有经配置具有一个光纤布拉格光栅(FBG)或多个FBG的至少一条光纤。每一 FBG允许沿着光纤在特定传感点反射具有预定波长的光。本技术的另一实施例提供一种智能土工装置，其具有至少一条光纤及光学系统。所述光学系统具有经配置以将具有特定带宽的所述光传输到所述光纤中的消偏振光源。所述光学系统也包括能够同时接收及分析从所述光纤反射的光的光谱分析仪。所述光学系统也包含能够将从各FBG反射的光转换成波长数据的处理器，所述波长数据可接着进一步被转换成工程数据以测量在光纤及土工合成织物遭受变形地点处光纤的延长量(即，形变)。根据在之前实施例中描述的限制，在本技术的另一实施例中光纤中的一者进一步包括至少一个传感阵列，及每一传感阵列包括N2个传感群组，在每一传感群组中具有至少一个FBG或多个FBG。每一传感群组包括具有同一周期性的NI个连续及等距的FBG，及每一传感阵列包括具有在每一传感群组之间具有不同周期性的FBG的N2个传感群组。NI是大于零的整数，及N2是等于或大于一的整数。另一光纤中的至少一者包括至少一个传感阵列，且每一传感阵列包括具有在每一传感群组之间具有不同周期性的FBG的N2’个传感群组，且每一传感群组包括具有同一周期性的NI个连续并等距的FBG。N2’是等于或大于二的整数。根据在之前实施例中描述的限制，数目N2与数目N2’互质。根据在之前实施例中描述的限制，在光纤中的一者中的数目NI等于在其它光纤中的至少一者的一个传感阵列中的FBG的数目。根据在之前实施例中描述的限制，所述光纤中的至少两者包括同一布置的每一传感群组，及所述光纤之间所述传感群组的对准偏移预定距离。根据在之前实施例中描述的限制，位于所述光纤的一端的FBG包括最短周期性结构及位于所述光纤另一端的FBG包括最长周期性结构。根据在之前实施例中描述的限制，所述光纤以芯部及多层壳体结构为特征。所述芯部的内部部分在预定带宽内对于所有的波长是透明的；及所述多层壳体能够保护所述芯部免受剪力破坏、土壤中的侵蚀剂及腐蚀。根据在之前实施例中描述的限制，标准光纤中所述芯部的直径通常是125 μ m，芯部直径小于125 μ m的所述光纤可用于增加负荷灵敏度。但是可制作为更小用于要求较高负荷灵敏度的特定情况中。所述光纤的芯部直径大于20 μ m,优选地所述光纤的直径是在从150 μ m到950 μ m的范围内。为了能更好地理解下文的具体实施方式，前述已相当概括地概述了本技术的特征及技术优势。形成本技术的权利要求书的标的物的本技术的额外特征及优势将在下文中描述。所属领域的技术人员应理解，所揭示的概念及特定实施例可易于用作用于修改或设计其它结构或设计其它工艺以实现与本技术同样的目的的原理。所属领域的技术人员也应认识到此些等效构造未脱离如在附加的权利要求书中所陈述的本技术的精神及范围。附图说明用下文描述且参考附图来说明本技术的目的及优势，其中:图1展示在一个实施例中描述的智能土工装置的俯视图；图2展示在其它实施例中光纤的放大说明，详细示出FBG在所述光纤上的布置；图3展示在一个实施例中描述的两个光纤之间的特定布置的示意性说明；图4展示从图3中展示的实施例产生的FBG反射光谱的功率对波长的图；图5展示在另一实施例中描述的两个光纤之间的特定布置的示意性说明；图6展示在又一实施例中描述的两个光纤之间的特定布置的示意性说明；图7是在实施例中的一者中的光纤的横截面的示意图；图8是在一个实施例中描述的光学系统的配置的示意图；及图9是展示通过重心法(COG)确定FBG反射光谱的峰值波长的示意图。具体实施方式为了达到在实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能土工装置，其包括：?至少一条光纤，且每一条光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光；?其中所述至少一条光纤包括允许反射一个预定波长或多个预定波长的至少一个光纤布拉格光栅FBG。

【技术特征摘要】
1.一种智能土工装置，其包括: 至少一条光纤，且每一条光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光； 其中所述至少一条光纤包括允许反射一个预定波长或多个预定波长的至少一个光纤布拉格光栅FBG。2.一种智能土工装置，其包括: 以平行方式布置的至少两条光纤，且每一条光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光； 其中所述光纤中的一者包括允 许反射预定波长的光纤布拉格光栅FBG,且 其它光纤中的至少一者包括允许反射彼此不同的至少两个波长的至少两个不同的FBG。3.根据权利要求2所述的智能土工装置，其中 所述光纤中的一者包括至少一个传感阵列，且每一传感阵列包括具有在每一传感群组之间有不同的周期性的FBG的N2个传感群组，且每一传感群组包括具有同一周期性的NI个连续及等距的FBG;且 所述其它光纤中的至少一者包括至少一个传感阵列，且每一传感阵列包括具有在每一传感群组之间具有不同的周期性的FBG的N2’个传感群组，且每一传感群组包含具有同一周期性的NI个连续及等距的FBG ； 其中NI是大于零的整数，N2是等于或大于一的整数，及N2’是等于或大于二的整数。4.根据权利要求3所述的智能土工装置，其中所述数目N2与所述数目N2’互质。5.根据权利要求3所述的智能土工装置，其中在所述光纤中的一者中的数目NI等于在所述其它光纤中的至少一者的一个传感阵列中的FBG的数目。6.根据权利要求3所述的智能土工装置，其中所述光纤中的至少两者包括同一布置的传感群组，及在所述光纤之间的所述传感群组的对准偏移预定距离。7.根据权利要求6所述的智能土工装置，其中位于所述光纤的一端的所述FBG包括最短周期性结构及位于所述光纤的另一端的所述FBG包括最长周期性结构。8.根据权利要求1所述的智能土工装置，其中所述光纤以芯部及多层壳体结构为特征，所述芯部的内部部分对于所述预定波长是透明的；且所述多层壳体能够保护所述芯部免受剪切破坏、土壤中的侵蚀剂及腐蚀。9.根据权利要求8所述的智能土工装置，其中所述光纤芯部的直径大于20μ m,且所述光纤的直径是在从150 μ m到950 μ m的范围内。10.根据权利要求9所述的智能土工装置，其中芯部直径小于125μ m的所述光纤可用于增加负荷灵敏度。11.一种智能土工装置，其包括: 至少一条光纤，及每一光纤经配置以允许传播通过具有预定波长的光；其中所述至少一条光纤包含允许反射一个预定波长或多个预定波长的至少一个光纤布拉格光栅FBG ;及光学系统，其包括: 光源，其经配置以传输具有预定波长的所述光进入所述光纤； 光谱分析仪，其能够同时接收及分析从所述光纤反射的光；及 处理器，其能...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·R·H·富特，E·J·J·富特，
申请(专利权)人：智能土工织物有限公司，
类型：实用新型
国别省市：