一种水工程渗流性态融合感知系统的制作方法

文档序号:54837
专利名称:一种水工程渗流性态融合感知系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种水工程渗流性态融合感知系统,该系统包括渗漏隐患光纤定位装置、渗流流速分布式光纤监测装置、浸润线在线诊断装置、渗流性态光纤自适应辨识装置,利用渗漏隐患光纤定位装置实现水工程渗漏点定位,后借助渗流流速分布式光纤监测装置对水工程的渗流流速进行监测,通过浸润线在线诊断装置可以实现整个水工程结构体断面浸润线的在线诊断,最后通过渗流性态光纤自适应辨识装置对当前的渗流性态进行整体的监测与评估,完成水工程渗流性态融合感知。本实用新型通过四种水工程测渗用装置,依托水工程的材料及力学特性,通过借助分布式光纤监测技术,多层面多角度地获取光纤光信息变化,进而间接完成监测与感知水工程渗流性态的感知。
【专利说明】
一种水工程渗流性态融合感知系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及水工程渗流性态融合感知系统,属于水利与水电工程安全监测领域。
【背景技术】
[0002]渗漏是大坝、堤防、水闸等水工程服役过程中最常见隐患病变之一,其致因复杂、随机性强、监测难度大,特别对于土石堤坝工程,超过三分之一的破坏是由于渗漏及其衍生的各种问题所致,若不能及时发现并采取相应抢护措施,很有可能引发工程溃决的严重后果。大量工程实践表明,加强水工程渗漏的监测与监控,对保障工程的安全可靠运行具有非常重要的意义。但目前渗漏定位用装置、仪器、技术等多借助点式传感器,漏检现象时有发生,且传统渗流传感器多存在体积大、引线多、亲和性差等不足。分布式光纤测渗技术在避免上述现象方面具有明显优势,但需借助人工热、电动力设备,且对传感光纤本身具有特殊要求,另受制于监测环境恶劣、布设条件艰苦等水利工程特点,极大增加了该项技术的监测成本、严重影响了其监测精度,阻碍和束缚了其工程实用化推广,为此研制了渗漏隐患光纤定位装置。
[0003]对于河堤、海堤、大坝、水闸等水工程而言,在长期的水荷载作用下,其渗流隐患时有发生,常规及直接监测手段不能非常可靠地、精确地辨识出渗流水体的总量及渗流流速的性态,探究先进、实用、可靠的渗流流速性态辨识装置与方法一直是工程界和学术界高度关注的重要课题,但是水工程体渗流流速监测探索仍处于研究阶段,在定量监测的理论和实际工程布设应用上还存在许多问题亟待研究和解决,急切需要从水工程渗流监测特点和特殊工作环境出发,研制一种理论简单、实用化强、便于长久使用的渗流流速分布式光纤监测装置。
[0004]对于堤坝浸润线的感知,传统技术普遍存在精度不高、抗电磁干扰能力差、无法实现分布式监测、使用寿命短、体积大、引线多、亲和性差等众多不足。对于较为新颖的光纤传感技术而言,目前尚未建立成熟的浸润线分布式光纤感知理论,在实际应用推广方面更是缺少必要的监测手段及技术,急切需要从水工程渗流监测特点和特殊工作环境出发,研制一种理论简单、实用化强、便于长久使用的浸润线在线诊断装置。
[0005]实现水工程渗流性态的实时高效监测,对保障其安全服役具有极为重大的意义,特别对于土石坝、堤防等土石散粒结构物,渗流问题及其影响更加突出,尤其需要加强渗流性态的高效感知以及时发现安全隐患,光纤传感技术作为一种多学科交叉的新型技术,由于其良好的力学性能及低廉的生产成本,在水工安全监测领域获得了极大的关注,但在水工程渗流性态的分布式光纤感知实际工程应用中,由于工作环境、结构特点等的特殊性,许多技术问题尚待解决和改进,为此,研制一种理论简单、实用化强、便于长久使用的渗流性态光纤自适应辨识装置。
【实用新型内容】
[0006]实用新型目的:为了克服现有技术中存在的不足,本实用新型提供一种水工程渗流性态融合感知系统,可完成长距离、高精度、高空间分辨率、高传感速度地对水工程渗流性态进行监测与感知。
[0007]技术方案:为解决上述技术问题,本实用新型的一种水工程渗流性态融合感知系统,包括渗漏隐患光纤定位装置、渗流流速分布式光纤监测装置、浸润线在线诊断装置、渗流性态光纤自适应辨识装置,利用渗漏隐患光纤定位装置实现水工程渗漏点定位,后借助渗流流速分布式光纤监测装置对水工程的渗流流速进行监测,通过浸润线在线诊断装置可以实现整个水工建筑物断面浸润线的在线诊断,最后通过渗流性态光纤自适应辨识装置对当前的渗流性态进行整体的监测与评估,完成水工程渗流性态融合感知;
[0008]所述渗漏隐患光纤定位装置包含能量系统和监测系统,所述能量系统包含移动装置、位于移动装置上方的T型连导台和位于T型连导台上的若干个载台,所述载台上设有太阳能电池板,太阳能电池板与蓄储持电器连接,蓄储持电器与设置在移动装置上的多角接口连接;所述监测系统包括转连控调器、若干个电子测台和控温测台,所述转连控调器分别与位于待测区上方的通管硬管和通管软管连接,通管硬管和通管软管上均设有调控阀,在通管硬管上通过水压阀与若干个调水出口连接,调水出口通过旋转连环与分散调水口和集中调水口连接,所述通管软管的末端为多自由度端口 ;在待测区布设若干个温控槽孔,在温控槽孔中安装有测台桶,测台桶内从下向上依次设有若干个电子测台,在待测区表面温控槽孔的上方设有与电子测台连接的控温测台;在待测区内布设有横纵交错的传感光缆,传感光缆与光纤解调仪连接。
[0009]作为优选,所述移动装置包含储池箱、转轮和转环,所述储池箱设有转轮槽,转轮位于转轮槽内,转轮通过转环连杆与储池箱连接,转环连杆通过转环与储池箱连接,多角接口位于储池箱上;所述T型连导台内设有多级升降柱,多级升降柱安装在储池箱上;所述通管硬管有两根,通管软管位于两根通管硬管之间,通管软管和两根通管硬管呈山形状。
[0010]作为优选,所述测台桶从下向上依次设有三个电子测台,依次为第一电子测台、第二电子测台和第三电子测台,分别与第一控温测台、第二控温测台和第三控温测台连接;所述测台桶外表面布置有导热层;所述载台有三个,每个载台上均布置有太阳能电板,太阳能电板与水平的夹角分别为45°、0°和135° ;所述光缆外套有加热网层和硬质护环。
[0011]作为优选,所述渗流流速分布式光纤监测装置包括抗力边柱和边柱体,所述抗力边柱和边柱体之间连接有位于上端的接漏卡槽和位于下端的外通道框体,所述接漏卡槽上依次设有若干个漏斗状的接漏导槽,接漏导槽的下端连接有传力测桶,传力测桶内设有助流传力体,助流传力体的下端连接有弹性容纳囊,在助流传力体上设有一圈双侧弹力体;所述外通道框体一端设有初始锁纤端,初始锁纤端上设有过渡转轮,抗力边柱上设有激光激发源,激光激发源与传感光缆连接,外通道框体上设有光纤通道,传感光缆依次穿过过渡转轮、光纤通道、末端锁纤端与位于边柱体上的光源探测器连接,所述末端锁纤端位于边柱体上;所述弹性容纳囊通过双侧弹力体上下移动,弹性容纳囊下移过程中触压在传感光缆上。
[0012]作为优选,所述接漏卡槽中设有聚水蜂孔,所述初始锁纤端上设有锁紧传感光缆的锁紧装置,所述锁紧装置包含水平横板和沿水平横板对称分布的一对夹具体,所述水平横板位于左挡板和右挡板之间,左挡板和右挡板位于支撑台上,所述夹具体通过引导竖杆与移动板连接,水平横板上设有水平槽,引导竖杆沿水平槽移动,移动板上连接有穿过水平槽的竖铆杆,竖铆杆的两端均设有螺帽,通过移动移动板带动夹具体移动,夹具体从而夹紧传感光缆;所述夹具体包含引导横杆、轴向拉压柱和手握式阻力体,所述引导横杆的一端与引导竖杆连接,引导横杆的另一端与轴向拉压柱连接,轴向拉压柱套在横向主轴上,横向主轴固定在左挡板或右挡板上,横向拉压柱与弧形状的手握式阻力体连接;所述抗力边柱的顶端为三角尖坡,所述接漏导槽的侧面设有若干个引水倒斜孔和导水底排孔。
[0013]作为优选,所述浸润线在线诊断装置包括载入端导连装置、内框体装置、输出端导连装置和外配体装置,所述载入端导连装置通过第一端口台与内框体装置进行连接,内框体装置与输出端导连装置通过第二端口台连接,内框体装置与外配体装置通过横向导杆进行连接;
[0014]所述载入端导连装置包含气压锁连模块及载纤连通模块,所述气压锁连模块包含中弧形压头和导气柱,所述中弧形压头通过压头过渡端与导气柱密闭形成凹形容气槽,夕卜部气体通过导气柱外面的导气口进入,导气柱的末端为锥形气道,锥形气道与储气槽连通,储气槽中设有贯穿储气道的第一导纤横道,第一导纤横道中穿过传感光纤的输入端,通过外部气体的压力将锥形气道推开,将外部气体导入到储气槽中,储气槽通过内充气体将第一导纤横道进行压紧,通过手柄与排气道对压紧的程度进行调节;所述载纤连通模块包含外硬护层,外硬护层内接内软连层,内软连层内向紧贴第二导纤横道,传感光纤的输入端穿过第二导纤横道进入内框体中;
[0015]所述内框体装置包含竖承载台、中连柱、载纤轴、外圆载壁与传感光纤,在竖承载台和中连柱上设有若干个载纤轴,传感光纤通过分布于竖承载台与中连柱上的载纤轴进行“S”型布设,所述载纤轴为双螺旋通道,可平行布设两条传感光纤,中连柱位于外圆载壁内;
[0016]所述输出端导连装置包括了槽压锁紧模块与载纤固定模块,所述槽压锁紧模块包含旋动柄和旋动杆,旋动柄与旋动杆连接,旋动柄的转动可带动旋动杆的转动,旋动杆穿过圆球轴与连接椎体相连接,旋动杆与连接椎体螺纹连接,圆球轴与固定在第二端口台的框定杆连接,第二端口台固定在竖承载台上,连接椎体与T型横轨连接,连接椎体的上下移动带动T型横轨的上下运行;所述载纤固定模块包含导纤凹槽,导纤凹槽与T型横轨平行布设,通过载纤轴的牵引将传感光纤过渡至导纤凹槽中;
[0017]所述外配体装置包括外框体模块与机电组配模块,所述外框体模块包含导杆螺头、导杆螺栓和横向导杆,所述导杆螺头和导杆螺栓安装在横向导杆上,横向导杆位于竖承载台上,导杆螺头与导杆螺栓将开展梁固定于横向导杆上,所述横向导杆的下底面上配备有载纤箱,载纤箱中放置有可承载传感光纤输入端和输出端的载纤盘,且在横向导杆开设有缆线通过的通道,所述机电组配模块包含电机箱,缆线与电机箱连接,电机箱带动旋转滚轴高速旋转,进而带动与旋转滚轴连接的半圆转盘的转动。
[0018]作为优选,所述竖承载台的外侧布设有多个圆孔,载入端导连装置和输出端导连装置通过端口耳柄固定在圆孔中,所述竖承载台平行于中连柱且与外圆载壁相切布设,以中连柱为对称轴布设有相同的载入端导连装置、内框体装置、输出端导连装置与外配体装置。
[0019]作为优选,所述渗流性态光纤自适应辨识装置包括对称分布的主折板和框状的对称分布的承压竖梁,两个主折板一端分别与储电池铰接,两个主折板的另一端分别与连接杆铰接,在主折板两侧安装有横折板,在主折板的上方安装有与主折板连接的竖折板,储电池通过导线与压力进水槽连接;所述承压竖梁由顶部向底部依次设有第一介质承压梁、第二介质承压梁和第三介质承压梁,在第一介质承压梁、第二介质承压梁和第三介质承压梁中均设有至少两个变道孔,在承压竖梁与第一介质承压梁、第二介质承压梁和第三介质承压梁组成的空间中填充有土石散粒,在承压竖梁的顶部安装有上承孔横梁,上承孔横梁的两端设有光纤穿引顶孔,上承孔横梁上设有分流槽,分流槽内设有穿过上承孔横梁的分流单孔,分流槽与压力进水槽连通。
[0020]作为优选,所述主折板为可伸缩结构,所述承压竖梁上设有若干个引通管,引通管与位于承压竖梁内的电阻温度计连接,所述竖折板垂直于主折板布设,竖折板与横折板相互垂直布设,横折板通过横折板连轴平行固定于主折板上,所述分流单孔沿主折板的对称中心对称分布,一侧的分流单孔孔数为奇数。
[0021]有益效果:本实用新型的水工程渗流性态融合感知系统,融合渗漏隐患光纤定位装置、渗流流速分布式光纤监测装置、浸润线在线诊断装置和渗流性态光纤自适应辨识装置,可实现远距离、高效精确地、高空间分辨率、高运行速度地运行,提高了监测精度和效率,显著提升了渗流的辨识度,在监测成本降低和工程实用化方面具有突出优势。
【附图说明】
一种水工程渗流性态融合感知系统的制作方法附图
[0022]图1为本实用新型的原理不意图。
[0023]图2为图1中渗漏隐患光纤定位装置示意图。
[0024]图3为渗漏隐患光纤定位装置中加热网层及硬质护环结构示意图。
[0025]图4为图1中渗流流速分布式光纤监测装置的示意图。
[0026]图5渗流流速分布式光纤监测装置中初始锁纤端的细部结构图。
[0027]图6为图1中浸润线在线诊断装置示意图。
[0028]图7为浸润线在线诊断装置中载入端导连模块和输出端导连模块的细部结构图。
[0029]图8为图1中渗流性态光纤自适应辨识装置的示意图。
【具体实施方式】
[0030]如图1至图8所示,本实用新型的水工程渗流性态融合感知系统,包括渗漏隐患光纤定位装置、渗流流速分布式光纤监测装置、浸润线在线诊断装置、渗流性态光纤自适应辨识装置,借助渗漏隐患光纤定位装置实现水工程渗漏点定位,利用渗流流速分布式光纤监测装置对水工程的渗流流速进行监测,通过浸润线在线诊断装置实现整个水工建筑物断面浸润线的在线诊断,借助渗流性态光纤自适应辨识装置对当前的渗流性态进行整体的监测与评估,进而,系统化完成水工程渗流性态融合感知。
[0031]本实用新型中,渗漏隐患光纤定位装置,包括能量模块和监测模块;能量模块包含移动组件、位于移动组件上方的T型连导台110和位于T型连导台100上的若干个载台,所述载台上设有太阳能电池板,太阳能电池板与蓄储持电器106连接,蓄储持电器106与设置在移动装置上的多角接口 104连接;监测模块包括转连控调器132、若干个电子测台和控温测台;转连控调器132分别与位于待测区140上方的通管硬管135和通管软管136连接,通管硬管135和通管软管136上均设有调控阀134,在通管硬管135上通过水压阀139与若干个调水出口 119连接,调水出口 119通过旋转连环117与分散调水口 118和集中调水口 120连接,所述通管软管136的末端为多自由度端口 137;在待测区140布设若干个温控槽孔138,在温控槽孔138中安装有测台桶123,测台桶123内从下向上依次设有第三电子测台125、第二电子测台126和第一电子测台127,在待测区140表面温控槽孔138的上方设有与三个电子测台连接的第三控温测台131、第二控温测台130和第一控温测台129;在待测区140内布设有横纵交错的ZTT-GYXTW-4Ala型传感光缆2105,电缆外套有加热网层121和硬质护环122,为更好地将各型号尺寸的传感光缆2105均可应用于渗漏监测中,以减少成本损耗,设计了一种包含加热网层121和硬质护环122结构的部件,该部件的硬质护环122主要是防止加热网层121的漏电及保护内部结构,可以调节加热网层121尺寸将传感光缆2105有效地安置于其中,形成一个待测热源。
[0032]本实用新型中,移动组件包含储池箱107、转轮101和转环100,所述储池箱107设有转轮槽103,转轮101位于转轮槽103内,转轮101通过转环连杆102与储池箱107连接,转环连杆102通过转环100与储池箱107连接,多角接口 104位于储池箱107上;T型连导台内设有多级升降柱108,多级升降柱108安装在储池箱107上;通管硬管135有两根,通管软管136位于两根通管硬管135之间,通管软管136和两根通管硬管135呈山形状;测台桶123从下向上依次设有三个电子测台,依次为第一电子测台127、第二电子测台126和第三电子测台125,第一电子测台127、第二电子测台126和第三电子测台125分别与第一控温测台129、第二控温测台130和第三控温测台131连接;载台有三个,分别为第一固定载台111、第二固定载台116和第三固定载台114,每个载台上均布置有太阳能电板,太阳能电板与水平的夹角分别为45。、0。和135° ο
[0033]本实用新型中,渗流流速分布式光纤监测装置包括传力测桶模块、锁纤固纤模块和光纤传导模块;传力测桶模块通过接漏卡槽2101和外通道框体2108与光纤传导模块相连,锁纤固纤模块通过初始锁纤端2122和末端锁纤端2115与光纤传导模块相连;传力测桶模块包括了构建传力测桶模块框架结构的助流传力体2205,锁纤固纤模块包括了初始锁纤端2122和末端锁纤端2115,光纤传导模块包括了构建光纤传导模块框架结构的激光激发源2106和转轮槽2102。
[0034]本实用新型中,传力测桶2109的顶端布设有接漏倒槽2201,且接漏倒槽2201开设有布满接漏倒槽2201顶面的聚水蜂孔2200,在聚水蜂孔2200的底端安装有斗槽下漏口2203,接漏倒槽2201的周围侧布设有多层的向斗槽下漏口倾斜的引水倒斜孔2202,在接漏倒槽2201的底侧布置有一排导水底排孔2204,且在助流传力体2205的中间位置处布置有双侧弹力体2206;传力测桶2109的底端布设有弹性容纳囊2207,接漏倒槽2201通过助流传力体2205与弹性容纳囊2207相连接,弹性容纳囊2207直接与光纤传导模块中的传感光缆2105相接触;初始锁纤端2122的底端是撑力台2314,在撑力台2314上面左右侧安装有左挡柱2301和右挡柱2302,在左挡柱2301和右挡柱2302之间贯通有水平横槽2308,且通过水平横槽2308上的移动手柄2300将控制引导竖杆2305的水平移动,引导竖杆2305的移动带动了引导横杆2306的水平移动,引导横杆2306的运动牵动着传力组件2304的水平移动,且轴向拉压柱2310套在横向主轴2307上,在传力组件2304的带动下轴向拉压柱2310通过手握式阻力体2311对传感通道2313施加环向荷载,进而控制着传感光缆2105的运动,进而起到锁纤固纤的效果,在水平横槽的左右端安装有竖铆杆2303和螺槽2309;过渡转轮2103通过转柄2104被固定于外通道框体2108靠近初始锁纤端2122侧处,激光激发源2106被固定于抗力边柱2107下端侧,在靠近转柄2104处布设有转轮槽2102,其可以将过渡转轮2103安装在转轮槽2102内,末端锁纤端2115及光源探测器2114被固定于边柱体2121中。
[0035]本实用新型中,浸润线在线诊断装置包括载入端导连模块、内框体模块、输出端导连模块、外配体模块,载入端导连模块通过第一端口台3200与内框体模块进行连接,内框体模块与输出端导连模块通过第二端口台3300连接,内框体模块与外配体模块通过横向导杆3101进行连接,载入端导连模块通过气压锁连组件将ZTT-GYXTW-4Ala型载入光纤3105引至内框体模块中,内框体模块中的载入光纤3105通过直径为6cm的载纤轴3308,在高度为6m的竖承载台3104与6m高中连柱3109之间进行进行“S”型交错布设,通过输出端导连模块中的槽压锁紧组件将载入光纤3105引至到外配体模块中,借助外配体模块中旋转滚轴3401及半圆转盘3102,对内框体模块中的土体进行原样监测,通过温度变化及其与原地含水量数值关系的解析,实现对堤坝模型中土体进行原地取样分析,进而实现对堤坝模型浸润线的分布式感知。
[0036]本实用新型中,气压锁连模块中直径为0.1m的弧形压头通过压头过渡端与导气柱密闭形成凹形容气槽,且准备一个ConST118型号的便携式气压栗,将气压栗的接口连接到导气柱外面的导气口上,通过便携式气压栗将外部气体通过锥形气道3209推入到储气槽3208中,储气槽3208中的气压作用到直径为5cm的第一导纤横道3207中,在第一导纤横道3207中布设有ZTT-GYXTW-4Ala型的传感光缆2105,通过控制手柄3210与排气道3215对处于第一导纤横道3207中的传感光缆2105进行不同程度的松紧调节,将载纤连通模块中GFRP材质的外硬护层内接TPEE材质的内软连层,TPEE材质的内软连层内向紧贴直径为5cm的第二导纤横道3218。
[0037]本实用新型中,输出端导连模块包括了槽压锁紧组件与载纤固定组件,槽压锁紧组件中直径为2cm的旋动柄3303与直径为Icm的旋动杆3302连接,旋动柄3303的转动来带动长度为1cm的旋动杆3302的转动,长度为1cm的框定杆3304通过圆球轴3305将高度为3cm的连接椎体3301与第二端口台3300连接,连接椎体3301与高度为3cm的T型横轨3307连接,且控制T型横轨3307的上下运行;载纤固定模块中深度为3cm的导纤凹槽3306与T型横轨3307平行布设,且通过耳柄杆3213将端口耳柄3314固定于竖承载台3104上,通过载纤轴3308的牵引过渡将传感光缆2105引至导纤凹槽3306中。
[0038]本实用新型中,外配体模块包括外框体组件与机电组配组件,外框体组件中通过导杆螺头3110与导杆螺栓3111将高度为6.5m的开展梁3100固定于长度为0.5m的横向导杆3101上,且在横向导杆3101的下底面上配备有载纤箱3103,载纤箱3103中放有直径为1cm的载纤盘3102,载纤盘3102承载ZTT-GYXTW-4Ala型输出光纤3106与载入光纤3105,在横向导杆3101开设有YJV22型号缆线3107通过的通道,机电组配组件中YJV22型缆线3107与电机箱3400连接,电机箱3400中配有三相异步电动机,其带动旋转滚轴3401旋转,进而带动半圆转盘3402的转动。
[0039]本实用新型中,渗流性态光纤自适应辨识装置包括动力模块和辨识模块;动力模块包含竖折板500、横折板504、主折板505,所述竖折板500通过竖折板通轴502与主折板505连接,横折板504通过横折板连轴503与主折板505连接,竖折板500底端连接有竖折板方槽501,主折板505顶端安装有连接杆506,主折板505的底端通过主折板底轴507与储电池510连接,储电池510通过输电管线509与压力进水槽508连接;辨识模块包括分流槽511、第一介质承载梁516、第二介质承载梁521、第三介质承载梁524,分流槽511通过分流单孔513与上承孔横梁514连接,上承孔横梁514同时开设有光纤穿引顶孔512,第一介质承载梁516上开设有第一变道孔517,第一介质承载梁516通过竖梁卡扣518与承压竖梁515连接,第二介质承载梁520上布设有第二变道孔522,第三介质承载梁523上布设有第三变道孔525,第一介质承载梁516、第二介质承载梁521、第三介质承载梁524通过竖梁卡扣518与承压竖梁515连接。
[0040]在本实用新型中,水工程渗流性态融合感知系统对待测区域渗流性态感知的方法,包括以下实际步骤:
[0041 ] 第一步,通过固定长度的加热网层121及硬质护环122,将ZTT-GYXTW-4Ala型号的传感光缆2105进行有效的组装及配置,将其埋设于待测区后引至Sentinel DTS-LR型号的分布式光纤测温主机上,通过E2000连接器与传感光缆2105相连,使用45°、90°向的第一太阳能电池板112和第三太阳能电池板113,且将第一太阳能电池板112和第三太阳能电池板113安装于第一固定载台111及第三固定载台114处,在设定时刻进行监测取值,后通过绘制时程曲线变化及与测台桶123上的各个电子测台数值进行比对分析,确定时程曲线中持续变化较大的位置,实现对待测区渗漏隐患的定位监测;
[0042]第二步,将传感光缆2105穿过传感通道2313,后转动双侧的移动手柄2300同步对传感通道2313施加环向约束,转动移动手柄2300使得横向主轴2307上的轴向拉压柱2310产生对传感通道2313的周向约束,牵引传感光缆2105通过直径为0.02m的过渡转轮2103,将其初始端引至Sapphire激光CF125型激光激发源2106,传感光缆2105将传输光源信息,在光源探测器2114处会收集到激光激发源2106发出的、经过传感光缆2105后的光信息变化,将其光纤的光损耗值进行统计分析,然后拟合光纤光损值与渗流水体的体积的关系式,进而拟合出光纤光损值与渗流流速之间的关系式,进而,实现对水工程渗流流速分布式光纤的即时追踪;
[0043]第三步,通过框定杆3304将第二端口台3300与连接椎体3301连接,转动旋动柄3303进而带动旋动杆3302的上下运动,旋动杆3302的上下运动带动了T型横轨3307的上下运行,T型横轨3307在向下运动时会压紧导纤凹槽3306中的输出光纤3106,通过直径为1cm的载纤盘3102将输出光纤3106与载入光纤3105盘绕数圈之后,将输出光纤3106与载入光纤3105分别连接到Neubrex-6070型分布式光纤温度应变解调仪,且对输出光纤3106与载入光纤3105进行标记,以与实际他1113^1-6070型号的分布式光纤温度应变解调仪所分析出来的结果进行比对;
[0044]第四步,测定内框体模块中传感光缆2105的连通性及空载情况下的传感光缆2105初始数值;将YJV22型的缆线3107从横向导杆3101中引出,将其引至至ljZH4105ZLD柴油机柴油发电机组中,且让ZH4105ZLD柴油机柴油发电机组作为本监测系统提供室外的供电模块,后通过YJV22型缆线3107来控制电机箱3400的启动,电机箱3400启动之后,基于监测输出光纤3106和载入光纤3105与内框体装置中处的传感光缆2105的温度差值,通过一系列数值统计,获取温度差值与土体含水率之间的关系,完成该位置处含水量的监测,进而确定该处浸润线所通过的位置,将浸润线所通过的位置点连接成线即可完成该堤坝断面的浸润线感知;
[0045]第五步,将动力模块包含竖折板500、横折板504、主折板505,所述竖折板500通过竖折板通轴502与主折板505连接,横折板504通过横折板连轴503与主折板505连接,竖折板500底端连接有竖折板方槽501,主折板505顶端安装有连接杆506,主折板505的底端通过主折板底轴507与储电池510连接,储电池510通过输电管线509与压力进水槽508连接;所述辨识模块包括分流槽511、第一介质承载梁516、第二介质承载梁521、第三介质承载梁524,分流槽511通过分流单孔513与上承孔横梁514连接,上承孔横梁514同时开设有光纤穿引顶孔512,第一介质承载梁516上开设有第一变道孔517,第一介质承载梁516通过竖梁卡扣518与承压竖梁515连接,第二介质承载梁520上布设有第二变道孔522,第三介质承载梁523上布设有第三变道孔525,第一介质承载梁516、第二介质承载梁521、第三介质承载梁524通过竖梁卡扣518与承压竖梁515连接;
[0046]第六步,传感光缆2105穿过一侧的光纤穿引顶孔512,左侧的第一介质承载梁516上的第二个第一变道孔517、第二介质承载梁521上的第三个第二变道孔522以及第三介质承载梁524上的第四个第三变道孔525为本例中传感光缆2105的布设通道,在将左侧引出的传感光缆2105以上述同样的布设通道依次从右侧的第四个第三变道孔525、第三个第二变道孔522、第二个第一变道孔517引出至对应侧的光纤穿引顶孔512,调整主折板505与水平面的角度为45°,后将左右侧的主折板505通过连接杆506进行连接;通过横折板连轴503将横折板504固定于主折板505上,并打开横折板504,将竖折板500卡入竖折板方槽501中,并通过竖折板通轴502将竖折板500固定于主折板505中,打开竖折板500,待一定时间之后将获取的能量存储于储电池510中,为压力进水槽508提供动力,在设定时刻进行监测取值,绘制传感光缆2105的时程变化曲线,记录电阻温度计527的数值,进行比对分析,解析时程曲线中持续变化较大的位置,实现渗流性态光纤自适应辨识;
[0047]基于上述六个步骤,分别实现了渗漏隐患光纤定位、渗流流速分布式光纤监测、浸润线在线诊断与渗流性态光纤自适应辨识,全面与系统化地反映了水工程渗流的各方面性
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[0048]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种水工程渗流性态融合感知系统,其特征在于:包括渗漏隐患光纤定位装置、渗流流速分布式光纤监测装置、浸润线在线诊断装置、渗流性态光纤自适应辨识装置,利用渗漏隐患光纤定位装置实现水工程渗漏点定位,后借助渗流流速分布式光纤监测装置对水工程的渗流流速进行监测,通过浸润线在线诊断装置可以实现整个水工建筑物断面浸润线的在线诊断,最后通过渗流性态光纤自适应辨识装置对当前的渗流性态进行整体的监测与评估,完成水工程渗流性态融合感知; 所述渗漏隐患光纤定位装置包含能量系统和监测系统,所述能量系统包含移动装置、位于移动装置上方的T型连导台和位于T型连导台上的若干个载台,所述载台上设有太阳能电池板,太阳能电池板与蓄储持电器连接,蓄储持电器与设置在移动装置上的多角接口连接;所述监测系统包括转连控调器、若干个电子测台和控温测台,所述转连控调器分别与位于待测区上方的通管硬管和通管软管连接,通管硬管和通管软管上均设有调控阀,在通管硬管上通过水压阀与若干个调水出口连接,调水出口通过旋转连环与分散调水口和集中调水口连接,所述通管软管的末端为多自由度端口;在待测区布设若干个温控槽孔,在温控槽孔中安装有测台桶,测台桶内从下向上依次设有若干个电子测台,在待测区表面温控槽孔的上方设有与电子测台连接的控温测台;在待测区内布设有横纵交错的传感光缆,传感光缆与光纤解调仪连接。2.根据权利要求1所述的水工程渗流性态融合感知系统,其特征在于:所述移动装置包含储池箱、转轮和转环,所述储池箱设有转轮槽,转轮位于转轮槽内,转轮通过转环连杆与储池箱连接,转环连杆通过转环与储池箱连接,多角接口位于储池箱上;所述T型连导台内设有多级升降柱,多级升降柱安装在储池箱上;所述通管硬管有两根,通管软管位于两根通管硬管之间,通管软管和两根通管硬管呈山形状。3.根据权利要求2所述的水工程渗流性态融合感知系统,其特征在于:所述测台桶从下向上依次设有三个电子测台,依次为第一电子测台、第二电子测台和第三电子测台,分别与第一控温测台、第二控温测台和第三控温测台连接;所述测台桶外表面布置有导热层;所述载台有三个,每个载台上均布置有太阳能电板,太阳能电板与水平的夹角分别为45°、0°和135° ;所述光缆外套有加热网层和硬质护环。4.根据权利要求1所述的水工程渗流性态融合感知系统,其特征在于:所述渗流流速分布式光纤监测装置包括抗力边柱和边柱体,所述抗力边柱和边柱体之间连接有位于上端的接漏卡槽和位于下端的外通道框体,所述接漏卡槽上依次设有若干个漏斗状的接漏导槽,接漏导槽的下端连接有传力测桶,传力测桶内设有助流传力体,助流传力体的下端连接有弹性容纳囊,在助流传力体上设有一圈双侧弹力体;所述外通道框体一端设有初始锁纤端,初始锁纤端上设有过渡转轮,抗力边柱上设有激光激发源,激光激发源与传感光缆连接,外通道框体上设有光纤通道,传感光缆依次穿过过渡转轮、光纤通道、末端锁纤端与位于边柱体上的光源探测器连接,所述末端锁纤端位于边柱体上;所述弹性容纳囊通过双侧弹力体上下移动,弹性容纳囊下移过程中触压在传感光缆上。5.根据权利要求4所述的水工程渗流性态融合感知系统,其特征在于:所述接漏卡槽中设有聚水蜂孔,所述初始锁纤端上设有锁紧传感光缆的锁紧装置,所述锁紧装置包含水平横板和沿水平横板对称分布的一对夹具体,所述水平横板位于左挡板和右挡板之间,左挡板和右挡板位于支撑台上,所述夹具体通过引导竖杆与移动板连接,水平横板上设有水平槽,引导竖杆沿水平槽移动,移动板上连接有穿过水平槽的竖铆杆,竖铆杆的两端均设有螺帽,通过移动移动板带动夹具体移动,夹具体从而夹紧传感光缆;所述夹具体包含引导横杆、轴向拉压柱和手握式阻力体,所述引导横杆的一端与引导竖杆连接,引导横杆的另一端与轴向拉压柱连接,轴向拉压柱套在横向主轴上,横向主轴固定在左挡板或右挡板上,横向拉压柱与弧形状的手握式阻力体连接;所述抗力边柱的顶端为三角尖坡,所述接漏导槽的侧面设有若干个引水倒斜孔和导水底排孔。6.根据权利要求1所述的水工程渗流性态融合感知系统,其特征在于:所述浸润线在线诊断装置包括载入端导连装置、内框体装置、输出端导连装置和外配体装置,所述载入端导连装置通过第一端口台与内框体装置进行连接,内框体装置与输出端导连装置通过第二端口台连接,内框体装置与外配体装置通过横向导杆进行连接; 所述载入端导连装置包含气压锁连模块及载纤连通模块,所述气压锁连模块包含中弧形压头和导气柱,所述中弧形压头通过压头过渡端与导气柱密闭形成凹形容气槽,外部气体通过导气柱外面的导气口进入,导气柱的末端为锥形气道,锥形气道与储气槽连通,储气槽中设有贯穿储气道的第一导纤横道,第一导纤横道中穿过传感光纤的输入端,通过外部气体的压力将锥形气道推开,将外部气体导入到储气槽中,储气槽通过内充气体将第一导纤横道进行压紧,通过手柄与排气道对压紧的程度进行调节;所述载纤连通模块包含外硬护层,外硬护层内接内软连层,内软连层内向紧贴第二导纤横道,传感光纤的输入端穿过第二导纤横道进入内框体中; 所述内框体装置包含竖承载台、中连柱、载纤轴、外圆载壁与传感光纤,在竖承载台和中连柱上设有若干个载纤轴,传感光纤通过分布于竖承载台与中连柱上的载纤轴进行“S”型布设,所述载纤轴为双螺旋通道,可平行布设两条传感光纤,中连柱位于外圆载壁内; 所述输出端导连装置包括了槽压锁紧模块与载纤固定模块,所述槽压锁紧模块包含旋动柄和旋动杆,旋动柄与旋动杆连接,旋动柄的转动可带动旋动杆的转动,旋动杆穿过圆球轴与连接椎体相连接,旋动杆与连接椎体螺纹连接,圆球轴与固定在第二端口台的框定杆连接,第二端口台固定在竖承载台上,连接椎体与T型横轨连接,连接椎体的上下移动带动T型横轨的上下运行;所述载纤固定模块包含导纤凹槽,导纤凹槽与T型横轨平行布设,通过载纤轴的牵引将传感光纤过渡至导纤凹槽中; 所述外配体装置包括外框体模块与机电组配模块,所述外框体模块包含导杆螺头、导杆螺栓和横向导杆,所述导杆螺头和导杆螺栓安装在横向导杆上,横向导杆位于竖承载台上,导杆螺头与导杆螺栓将开展梁固定于横向导杆上,所述横向导杆的下底面上配备有载纤箱,载纤箱中放置有可承载传感光纤输入端和输出端的载纤盘,且在横向导杆开设有缆线通过的通道,所述机电组配模块包含电机箱,缆线与电机箱连接,电机箱带动旋转滚轴高速旋转,进而带动与旋转滚轴连接的半圆转盘的转动。7.根据权利要求6所述的水工程渗流性态融合感知系统,其特征在于:所述竖承载台的外侧布设有多个圆孔,载入端导连装置和输出端导连装置通过端口耳柄固定在圆孔中,所述竖承载台平行于中连柱且与外圆载壁相切布设,以中连柱为对称轴布设有相同的载入端导连装置、内框体装置、输出端导连装置与外配体装置。8.根据权利要求1所述的水工程渗流性态融合感知系统,其特征在于:所述渗流性态光纤自适应辨识装置包括对称分布的主折板和框状的对称分布的承压竖梁,两个主折板一端分别与储电池铰接,两个主折板的另一端分别与连接杆铰接,在主折板两侧安装有横折板,在主折板的上方安装有与主折板连接的竖折板,储电池通过导线与压力进水槽连接;所述承压竖梁由顶部向底部依次设有第一介质承压梁、第二介质承压梁和第三介质承压梁,在第一介质承压梁、第二介质承压梁和第三介质承压梁中均设有至少两个变道孔,在承压竖梁与第一介质承压梁、第二介质承压梁和第三介质承压梁组成的空间中填充有土石散粒,在承压竖梁的顶部安装有上承孔横梁,上承孔横梁的两端设有光纤穿引顶孔,上承孔横梁上设有分流槽,分流槽内设有穿过上承孔横梁的分流单孔,分流槽与压力进水槽连通。9.根据权利要求8所述的水工程渗流性态融合感知系统,其特征在于:所述主折板为可伸缩结构,所述承压竖梁上设有若干个引通管,引通管与位于承压竖梁内的电阻温度计连接,所述竖折板垂直于主折板布设,竖折板与横折板相互垂直布设,横折板通过横折板连轴平行固定于主折板上,所述分流单孔沿主折板的对称中心对称分布,一侧的分流单孔孔数为奇数。
【文档编号】G01M99/00GK205719595SQ201620399110
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】苏怀智, 杨孟, 顾冲时
【申请人】河海大学
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