一种波纹管分布式光纤测量传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种波纹管分布式光纤测量传感器，它包括感测光纤，其特征在于还包括波纹管，所述的感测光纤上至少串套1个波纹管，被串套的波纹管两两之间的间距大小可调，每个波纹管的两端用高强度环氧树脂封注形成注胶固定段，所述的感测光纤的数量为1束，其中有1根为预应力感测光纤、其余的为缩折式感测光纤，受力时的缩折式感测光纤可在波纹管中的原位上作轴向滑动或伸缩。本实用新型能够有效解决现有光纤传感测量过程中光纤被损坏或拉断的难题，可实现对岩土体大变形或大位移的测量，以提高光纤传感测量的成功率，广泛适用于地面沉降、地裂缝、地面塌陷、滑坡、路基、矿山井巷等岩土体变形监测。
【专利说明】一种波纹管分布式光纤测量传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光纤传感测量【技术领域】，特别是涉及一种波纹管分布式光纤测量传感器。
【背景技术】
[0002]光纤传感技术是上世纪八十年代伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体，光纤为媒介，感知和传输被测量的外界信号的新型传感技术，其中分布式光纤传感技术是最具前途的技术之一。分布式光纤传感器的解调技术主要有:基于自发布里渊光时域反射技术(Brillouin Optical Time Domain Reflectormeter,缩写:B0TDR)、基于受激布里渊光时域反射技术(Brillouin Optical Time Domain Analysis缩写:B0TDA)、基于受激布里渊光频域反射技术(Brillouin Optical Frequently TimeDomain Analysis 缩写:B0FDA)、基于拉曼光时域反射技术(Raman Optical Time DomainReflectormeter,缩写:R0TDR)以及基于瑞利散射和菲涅尔反射的光时域反射技术(Optical Time Domain RefIectometer缩写:0TDR)等。由于分布式光纤传感技术的诸多优点，目前已广泛应用于地质工程和岩土工程领域。特别是近年来，分布式光纤传感技术在地面沉降、地裂缝、地面塌陷、滑坡、路基、矿山井巷等岩土体变形监测中的应用已倍受国内外的普遍关注。但在岩土体变形监测中往往会存在大变形或大位移测量，超出一般光纤传感器的量程或由于外力作用造成拉断损坏等，从而导致监测中断或失效。
[0003]中国专利申请200910032861.7提出了一种“高空间分辨率分布式光纤温度传感器”，该传感器，采用独特的螺旋缠绕的排布方式，增加单位长度测试段内的传感光纤长度，使得基于BOTDR技术的温度测试空间分辨精度提高到数厘米级，它虽具有可提高测试空间分辨精度，提高传感光纤植入的成活率，适用于恶劣环境和大型工程温度检测的优点，但还存在以下明显不足:一是该传感器采用螺旋式排布方式并使光纤不发生应变，适用于温度检测，无法用于对岩土体变形的监测；二是该传感器采用单条光纤模式，在实际应用中一旦拉断损坏便将导致整个监测中断；三是该传感器光纤处于无预应力状态，无法实现压缩变形状态的监测。
[0004]如何克服现有技术的不足已成为当今螺柱焊接【技术领域】亟待解决的重点难题之一。
【发明内容】
[0005]本实用新型目的是为克服现有技术的不足而提供一种波纹管分布式光纤测量传感器，本实用新型能够有效解决光纤传感测量过程中光纤被损坏或拉断的难题，可实现对岩土体大变形或大位移的测量，以提高光纤传感测量的成功率。
[0006]根据本实用新型提出的一种波纹管分布式光纤测量传感器，它包括感测光纤，其特征在于还包括波纹管，所述的感测光纤上至少串套I个波纹管，被串套的波纹管两两之间的间距大小可调，每个波纹管的两端用高强度环氧树脂封注形成注胶固定段，所述的感测光纤的数量为I束，其中有I根为预应力感测光纤、其余的为缩折式感测光纤，受力时的缩折式感测光纤可在波纹管中的原位上作轴向滑动或伸缩。
[0007]本实用新型的工作原理是:本实用新型在使用中被粘贴于被测对象表面或直埋于被测对象内部，当设置波纹管内的前一级感测光纤的变形量达到损坏或拉断极限前，后一级长度的感测光纤将在瞬间自动接替工作，并以I束感测光纤具备可接替工作的储备方式来满足大变形或大位移的光纤传感测量，以提高光纤测量传感器的成活率，本实用新型通过外部BOTDR/A、BOFDA, ROTDR以及OTDR等解调仪进行数据采集传输，完全适用于地面沉降、地裂缝、地面塌陷、滑坡、路基或矿山井巷等岩土体变形监测。
[0008]本实用新型与现有技术相比其显著优点在于:一是本实用新型的波纹管表面具有波纹结构，可获得更多与被测对象的接触面积，以提升光纤传感测量中的耦合性及变形传递性；二是本实用新型的波纹管内设置的感测光纤长度具有缩折性，在前一级感测光纤发生损坏或拉断时，可被后一级具有缩折长度的感测光纤接替，在对岩土体大变形或大位移的监测中大大提高了光纤测量传感器的成活率；三是本实用新型的波纹管内设置了 I束感测光纤，可适用于不同的传感模式和不同的传感精度，以满足不同的变形监测要求；四是本实用新型的波纹管两端设有注胶固定段，为波纹管内设置的感测光纤物理定位，既可提高光纤测量传感器的变形协调性能，又能有效地防止应变扩散，使光纤测量传感器的工作更加可靠。本实用新型特别适用于对岩土体大变形或大位移的测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型提出的一种波纹管分布式光纤测量传感器的结构示意图。
[0010]图2是本实用新型的单个波纹管单元结构的示意图。
[0011]图3是本实用新型的波纹管注胶固定段横截面结构的示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和实施例对本实用新型的【具体实施方式】作进一步的详细描述。
[0013]结合图1和图2，本实用新型提出的一种波纹管分布式光纤测量传感器，它包括感测光纤(2)，其特征在于还包括波纹管(1)，所述的感测光纤(2)上至少串套I个波纹管
(1)，被串套的波纹管(I)两两之间的间距大小可调，每个波纹管(I)的两端用高强度环氧树脂封注形成注胶固定段(3)，所述的感测光纤(2)的数量为I束，其中有I根为预应力感测光纤(2-1)、其余的为缩折式感测光纤(2-2)，受力时的缩折式感测光纤(2-2)可在波纹管(I)中的原位上作轴向滑动或伸缩。
[0014]本实用新型进一步的优选方案是:
[0015]本实用新型的感测光纤(2)为紧套光纤、松套光纤、单模光纤、多模光纤或光缆；感测光纤(2)中的预应力感测光纤(2-1)的预应力为2000个微应变；感测光纤(2)的数量为3?10根；在同一光纤测量传感器中应设置同类材质的感测光纤(2)，但有特殊要求的也可选择多种组合。
[0016]本实用新型的波纹管(I)为具有较高强度、可变形性好并满足易机械加工及抗腐蚀性的金属波纹管、形状为管状、管壁为双层、三层或多层结构、管壁厚度6?15mm、内径为14?50mm、长度至少为50个波纹数、长度最多可达几百个、几千个甚至几万个波纹数。[0017]结合图3，注胶固定段(3)为波纹管(I)与感测光纤(2)的固定装置，它通过采用高强度环氧树脂在波纹管(I)两端进行封注来实现，即将波纹管(I)与其管内布设的感测光纤(2)固定，同时又保证感测光纤(2)中的缩折式感测光纤(2-2)可在波纹管(I)中的原位上作轴向滑动或伸缩。
[0018]本实用新型的具体实施例及要求是:
[0019]实施例1，以制作长度为IOOOm的波纹管分布式光纤测量传感器为例。根据本实用新型的设计要求:波纹管(I)长度为1.5m、内径为50mm、管壁厚度为15mm、波纹数为150个，管壁为四层结构，波纹管(I)既可按所述规格直接定制，也可将超长度的成品按长度为
1.5m分段截取；感测光纤(2)的数量为10条，以第I条预应力感测光纤(2-1)的长度IOOOm为基准，第2条至第10条缩折式感测光纤(2-2)的长度依次为1012m、1024m、1036m、1048m、1060m、1072m、1084m、1096m、1108 m ;采用波纹管(1) 400个，按照波纹管(I)两两间距Im依次串套在感测光纤(2)上；对感测光纤(2)按长度进行分级，对第I级预应力感测光纤(2-1)的预应力施加2000微应变，对第2、3、4、5、6、7、8、9、10级缩折式感测光纤(2-2)设置在波纹管(I)内的长度依次分别预留0.03m、0.06m、0.09m、0.12m、0.15m、0.18m、0.21m、
0.24m、0.27m ;对波纹管(I)两端采用10分钟快干型高强度环氧树脂进行注胶，注胶过程中，要保证波纹管(I)两两之间的感测光纤(2)的长度相等；注胶完成后，待高强度环氧树脂固结后，便形成一条完整的长度为IOOOm的波纹管分布式光纤测量传感器。
[0020]实施例2，以制作长度为800m的波纹管分布式光纤测量传感器为例。根据本实用新型的设计要求:波纹管(I)长度为1.5m、内径为40mm、管壁厚度为13mm、波纹数约为150个，管壁为四层结构，波纹管(I)既可按所述规格直接定制，也可将超长度的成品按长度为1.5m分段截取；感测光纤(2)的数量为8条，以第I条预应力感测光纤(2-1)的长度800m为基准，第2条至第8条缩折式感测光纤(2-2)的长度依次为809.6m、819.2m、828.8m、838.4m、848m、857.6m、867.2m ;采用波纹管(I) 320个，按照波纹管(I)两两间距Im依次串套在感测光纤(2)上；对感测光纤(2)按长度进行分级，对第I级预应力感测光纤(2-1)的预应力施加2000微应变，对第2、3、4、5、6、7、8级缩折式感测光纤(2_2)设置在波纹管(I)内的长度依次分别预留0.03m、0.06m、0.09m、0.12m、0.15m、0.18m、0.21m ;对波纹管(I)两端采用10分钟快干型高强度环氧树脂进行注胶，注胶过程中，要保证波纹管(I)两两之间的感测光纤(2)的长度相等；注胶完成后，待高强度环氧树脂固结后，便形成一条完整的长度为800m的波纹管分布式光纤测量传感器。
[0021]实施例3，以制作长度为500m的波纹管分布式光纤测量传感器为例。根据本实用新型的设计要求:波纹管(I)长度为lm、内径为30mm、管壁厚度为12mm、波纹数约为100个，管壁为四层结构，波纹管(I)既可按所述规格直接定制，也可将超长度的成品按长度为Im分段截取；感测光纤(2)的数量为6条，以第I条预应力感测光纤(2-1)的长度500m为基准，第2条至第8条缩折式感测光纤(2-2)的长度依次为500m、505m、510m、515m、520m、525m ;采用波纹管(I) 250个，按照波纹管(I)两两间距Im依次串套在感测光纤(2)上；对感测光纤
(2)按长度进行分级，对第I级预应力感测光纤(2-1)的预应力施加2000微应变，对第2、
3、4、5、6级缩折式感测光纤(2-2)设置在波纹管(I)内的长度依次分别预留0.02m、0.04m、
0.06m、0.08m、0.1m ;对波纹管(I)两端采用10分钟快干型高强度环氧树脂进行注胶，注胶过程中，要保证波纹管(I)两两之间的感测光纤(2)的长度相等；注胶完成后，待高强度环氧树脂固结后，便形成一条完整的长度为500m的波纹管分布式光纤测量传感器。
[0022]实施例4，以制作长度为200m的波纹管分布式光纤测量传感器为例。根据本实用新型的设计要求:波纹管(1)长度为lm、内径为25mm、管壁厚度为9mm、波纹数约为100个，管壁为四层结构，波纹管(1)既可按所述规格直接定制，也可将超长度的成品按长度为Im分段截取；感测光纤(2)的数量为5条，以第I条预应力感测光纤(2-1)的长度200m为基准，第2条至第5条缩折式感测光纤(2-2)的长度依次为202m、204m、206m、208m ;采用波纹管(1)100个，按照波纹管(1)两两间距Im依次串套在感测光纤(2)上；对感测光纤(2)按长度进行分级，对第I级预应力感测光纤(2-1)的预应力施加2000微应变，对第2、3、4、5级缩折式感测光纤(2-2)设置在波纹管(1)内的长度依次分别预留0.02m、0.04m、0.06m、0.08m ；对波纹管(1)两端采用10分钟快干型高强度环氧树脂进行注胶，注胶过程中，要保证波纹管(1)两两之间的感测光纤(2)的长度相等；注胶完成后，待高强度环氧树脂固结后，便形成一条完整的长度为200m的波纹管分布式光纤测量传感器。
[0023]实施例5，以制作长度为1OOm的波纹管分布式光纤测量传感器为例。根据本实用新型的设计要求:波纹管(1)长度为lm、内径为20mm、管壁厚度为8mm、波纹数约为200个，管壁为四层结构，波纹管(I)既可按所述规格直接定制，也可将超长度的成品按长度为Im分段截取；感测光纤(2)的数量为4条，以第I条预应力感测光纤(2-1)的长度IOOm为基准，第2条至第4条缩折式感测光纤(2-2)的长度依次为101m、102m、103m ;采用波纹管(1)50个，按照波纹管(1)两两间距Im依次串套在感测光纤(2)上；对感测光纤(2)按长度进行分级，对第I级预应力感测光纤(2-1)的预应力施加2000微应变，对第2、3、4级缩折式感测光纤(2-2)设置在波纹管(1)内的长度依次分别预留0.02m、0.04m、0.06m ;对波纹管(1)两端采用10分钟快干型高强度环氧树脂进行注胶，注胶过程中，要保证波纹管(1)两两之间的感测光纤(2)的长度相等；注胶完成后，待高强度环氧树脂固结后，便形成一条完整的长度为1OOm的波纹管分布式光纤测量传感器。
[0024]实施例6，以制作长度为IOm的波纹管分布式光纤测量传感器为例。根据本实用新型的设计要求:波纹管(1)长度为lm、内径为14mm、管壁厚度为6mm、波纹数约为250个,管壁为四层结构，波纹管(1)既可按所述规格直接定制，也可将超长度的成品按长度为Im分段截取；感测光纤(2)的数量为3条，以第I条预应力感测光纤(2-1)的长度1Om为基准，第2条至第4条缩折式感测光纤(2-2)的长度依次为10.1mU0.2m ;采用波纹管(1)5个，按照波纹管(1)两两间距Im依次串套在感测光纤(2)上；对感测光纤(2)按长度进行分级，对第I级预应力感测光纤(2-1)的预应力施加2000微应变，对第2、3级缩折式感测光纤(2-2)设置在波纹管(1)内的长度依次分别预留0.02m、0.04m ;对波纹管(1)两端采用10分钟快干型高强度环氧树脂进行注胶，注胶过程中，要保证波纹管(1)两两之间的感测光纤(2)的长度相等；注胶完成后，待高强度环氧树脂固结后，便形成一条完整的长度为IOm的波纹管分布式光纤测量传感器。
[0025]上述实施例中，每个波纹管(1)内各级缩折式感测光纤(2-2)的预留长度是按第I级预应力感测光纤(2-1)拉断时所应增加的长度来依次递增的，预应力感测光纤(2-1)拉断力按2000个微应变来计算，如波纹管(1)长度为lm，该波纹管(1)内从第2级开始的缩折式感测光纤(2-2)的预留长度依次为0.02m、0.04m……，以此类推；波纹管(1)的个数=本实用新型的总长度/ [波纹管(1)长度+波纹管(1)两两间距];各级感测光纤(2)的总长度=本实用新型总长度+波纹管(I)个数X各级缩折式感测光纤(2-2)的预留长度。
[0026]本实用新型经反复试验验证，取得了满意的应用效果。
【权利要求】
1.一种波纹管分布式光纤测量传感器，它包括感测光纤(2)，其特征在于还包括波纹管(1)，所述的感测光纤(2)上至少串套I个波纹管(1)，被串套的波纹管(I)两两之间的间距大小可调，每个波纹管(I)的两端用高强度环氧树脂封注形成注胶固定段(3)，所述的感测光纤(2)的数量为I束，其中有I根为预应力感测光纤(2-1)、其余的为缩折式感测光纤(2-2)，受力时的缩折式感测光纤(2-2)可在波纹管(I)中的原位上作轴向滑动或伸缩。
2.根据权利要求1所述的一种波纹管分布式光纤测量传感器，其特征在于感测光纤(2)为紧套光纤、松套光纤、单模光纤、多模光纤或光缆。
3.根据权利要求1所述的一种波纹管分布式光纤测量传感器，其特征在于感测光纤(2)中的预应力感测光纤(2-1)的预应力为2000个微应变。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种波纹管分布式光纤测量传感器，其特征在于感测光纤(2)的数量为3?10根。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种波纹管分布式光纤测量传感器，其特征在于波纹管(I)为金属波纹管、形状为管状、管壁为双层、三层或多层结构、管壁厚度6?15mm、内径为14?50mm、长度至少为50个波纹数。
6.根据权利要求4所述的一种波纹管分布式光纤测量传感器，其特征在于波纹管(I)材质为金属波纹管、形状为管状、管壁为双层、三层或多层结构、管壁厚度6?15mm、内径为14?50mm、长度至少为50个波纹数。
【文档编号】G01B11/16GK203572444SQ201320691257
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】刘瑾, 卢毅, 施斌, 张发明, 孙少锐, 薛天祥 申请人:河海大学