一种振动信号传播试验装置的制作方法

本实用新型涉及一种振动信号传播试验装置。

背景技术：

随着城市建设发展速度的加快，为提高供电可靠性以及美化城市建设，电力电缆凭借诸多优势得到了广泛应用。电力电缆实际运行所需要的外部环境复杂程度高，但伴随城市建设的发展，各种施工振动荷载(如爆破、强夯、冲孔桩等)造成的中、低压配网电缆被外力破坏的事故屡见不鲜。电力电缆破坏不仅造成社会经济的巨大损失，还对人们生命安全构成极大威胁。因此，对电缆通道外力破坏提出预防措施极为重要。

现有的预防措施包括对电缆通道进行防损坏监控和布置分布式光纤周界安防系统，但这两种方式都存在一些不足。前者需要通过人工进行监控巡检，但并不能做到24小时不间断监控，因此存在巡检空白时段，且监控管理过程繁琐，涉及人员众多。后者以光纤为传感媒介，以光波为信息载体，利用光纤的一维空间连续特性来感知和传输外界测量信号，光纤不存在监测盲区，其整个长度上任一点都是敏感点，光纤具有电绝缘，抗电磁干扰，耐高温高压，耐化学腐蚀，布设灵活等优点，适用于各种空间环境。

但由于电缆沟外部环境较为复杂，地表介质不同，则硬度等属性各不相同，从而影响振动波在地表介质当中的传播特性。地表介质较为紧密的振动传播特性较好，振动衰减少，光缆能够较好地接收到振动信号。地表介质较为松散的振动传播特性，振动衰减大，光缆所接收到的振动信号较差。一般岩石比粘性土类衰减慢，距离振源近时比距离远时衰减快。因此不同的地表介质导致分布式光纤周界安防系统的报警阈值难以设定，使得现有安防系统的设计无法完善，不利于安防系统发挥最好的作用，也不便于开展破坏性的冲击试验研究。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提出一种振动信号传播试验装置，为分布式光纤周界安防系统在不同地表介质下报警阈值的设定提供依据，完善现有安防系统，使其能够发挥最好的作用，且便于开展破坏性的冲击试验研究。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种振动信号传播试验装置，用于模拟振动信号在不同地表介质下传播对电缆沟的影响，包括电缆沟、设置在电缆沟内的第一采集装置、振动发生装置、分别与电缆沟紧密接触且沿电缆沟长度方向依次连接的多个模拟区和设置在各模拟区内的多个第二采集装置，振动发生装置分别在各模拟区产生垂直于电缆沟传播的振动信号，各模拟区分别具有不同的地表介质，第二采集装置用于采集模拟区内振源点和测量点的振动加速度，模拟区边界与电缆沟的垂直距离根据第二采集装置的采集结果确定，第一采集装置用于采集传播至电缆沟的振动信号。

进一步的，所述多个模拟区包括依次连接的第一至第五模拟区，第一模拟区的地表介质为草坪，第二模拟区的地表介质为粗砂，第三模拟区的地表介质为圆状的砾石，第四模拟区的地表介质为水泥混凝土，第五模拟区的地表介质为沥青混凝土。

进一步的，所述第一至第五模拟区均为矩形，矩形一宽边与电缆沟紧密连接，矩形另一宽边与两长边外侧均设置有泡沫混凝土，相邻两模拟区的长边通过所述泡沫混凝土连接。

进一步的，所述泡沫混凝土厚度为10-20cm。

进一步的，所述长边外侧的泡沫混凝土顶面设置有距离刻度。

进一步的，所述距离刻度为设置在所述泡沫混凝土顶面的多个等分格，各等分格间隔设置为不同的两种颜色。

进一步的，所述地表介质厚度为20-30cm。

进一步的，所述第一采集装置为振动光缆。

进一步的，所述第二采集装置包括沿振动信号传播方向间隔设置的多个振动加速度传感器。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型的多个模拟区分别具有不同的地表介质，且多个模拟区边界与电缆沟的垂直距离根据第二采集装置的采集结果确定，即模拟区大小可根据具体地表介质确定，更加贴近实际状况，振动发生装置分别在各模拟区产生振动信号，该振动信号沿垂直于电缆沟方向传播至电缆沟，第一采集装置则采集传播至电缆沟的振动信号，不同的地表介质下第一采集装置采集的振动信号也不同，分布式光纤周界安防系统根据该振动信号即可设定当前地表介质下的报警阈值，从而完善现有的安防系统，使其能够发挥最好的作用，且便于开展破坏性的冲击试验研究，避免外力冲击损坏电缆沟或者电缆。

2、第一至第五模拟区分别模拟草地、沙土、砾石、水泥混凝土和沥青混凝土这五种地表介质，包含了实际存在的各种地表介质，且该五个模拟区的地表介质状况贴近于实际状况，使试验结果更符合实际。

3、泡沫混凝土的设置使振动在模拟区边界处快速衰减，减少对其他模拟区的影响以及边界区域振动波反射干扰。

4、在各模拟区的长边外侧的泡沫混凝土顶面设置有距离刻度，该距离刻度由黄色和白色区分不同距离，增加感官辨识度，较大地便利了工作人员开展不同距离的试验研究。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

图1为本实用新型的俯视结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3为第一模拟区的结构示意图。

其中，1、电缆沟；21、第一模拟区；22、第二模拟区；23、第三模拟区；24、第四模拟区；25、第五模拟区；3、泡沫混凝土；4、等分格；5、第二采集装置；51、振动加速度传感器。

具体实施方式

如图1至图3所示，振动信号传播试验装置，用于模拟振动信号在不同地表介质下传播对电缆沟1的影响，包括电缆沟1、第一采集装置、五个第二采集装置5、振动发生装置、第一模拟区21、第二模拟区22、第三模拟区23、第四模拟区24、第五模拟区25和泡沫混凝土3，第一采集装置设置在电缆沟1内，第一模拟区21、第二模拟区22、第三模拟区23、第四模拟区24和第五模拟区25分别与电缆沟1紧密接触，且沿电缆沟1长度方向依次连接，振动发生装置分别在各模拟区产生垂直于电缆沟1传播的振动信号，五个第二采集装置5分别设置在各模拟区内，用于采集相应模拟区内振源点和测量点的振动加速度，根据测得的振动加速度得到相应模拟区的几何衰减系数，并根据该几何衰减系数确定相应模拟区边界与电缆沟1的垂直距离，第一采集装置则用于采集由振动发生装置发出且传播至电缆沟1的振动信号，以作为分布式光纤周界安防系统在不同地表介质下报警阈值的设定依据。其中，分布式光纤周界安防系统为现有技术。

电缆沟1宽为400mm、长为100m、深为600mm，其沟壁由水泥混凝土筑成，厚度为100mm。

第一模拟区21模拟草地，其地表介质为草坪，草坪下方的泥土较为紧密，第二模拟区22模拟沙土，其地表介质为粗砂，表层附有松散的泥土，第三模拟区23模拟砾石，其地表介质为圆状的砾石，其表面较为光滑，第四模拟区24模拟水泥混凝土，其地表介质为水泥混凝土，该水泥混凝土使用水泥作胶凝材料，砂、石作集料，与水搅拌凝结成整体，第五模拟区25模拟沥青混凝土，其地表介质为沥青混凝土，该沥青混凝土由人工选配具有一定级配组成的矿料、碎石与一定比例的路用沥青材料，严格控制条件下拌制而成。五种地表介质厚度均设置在20-30cm之间，除地表介质层，其于部分均为普通土层，深度略高于电缆沟1深度。

在本实施例中，各模拟区均为矩形，矩形一宽边与电缆沟1紧密连接，矩形另一宽边与两长边外侧均设置有泡沫混凝土3，相邻两模拟区的长边通过泡沫混凝土3连接，其中，根据几何衰减系数确定的模拟区边界与电缆沟1的垂直距离即为矩形的长边长度。泡沫混凝土3厚度为10-20cm，在本实施例中，取10cm，对比未设置泡沫混凝土3的情况，设置10cm的泡沫混凝土3使振动波应力降低约8％至11％。泡沫混凝土3与电缆沟1壁配合将对应的模拟区包围起来，可使振动在边界处快速衰减，减少对其他模拟区的影响以及边界区域振动波反射干扰。

在各模拟区的长边外侧的泡沫混凝土3顶面设置有距离刻度，该距离刻度为设置在泡沫混凝土3表面的多个等分格4，各等分格4间隔设置为黄色和白色，在本实施例中，等分格4长度为1m，对于长度不为1m的倍数的泡沫混凝土3，最后一格可不强求为1m。

在本实施例中，第一采集装置为振动光缆。第二采集装置5包括沿振动信号传播方向间隔设置的多个振动加速度传感器51。振动发生装置为从各模拟区上方以速度v垂直冲下的冲锤。

振动信号传播试验装置的使用方法包括如下步骤：

A、设置电缆沟1，沿电缆沟1长度方向设置多个分别与电缆沟1紧密接触且依次连接的第一至第五模拟区25，第一模拟区21的地表介质为草坪，第二模拟区22的地表介质为粗砂，第三模拟区23的地表介质为圆状的砾石，第四模拟区24的地表介质为水泥混凝土，第五模拟区25的地表介质为沥青混凝土；

B、利用振动发生装置在各模拟区产生垂直于电缆沟1传播的振动信号；

C、在模拟内设置第二采集装置5以采集模拟区内振源点o和测量点m的振动加速度ao和am，根据公式计算模拟区的几何衰减系数δ，其中，rm为测量点m距振源点o的距离，测量点m与振源点o位于垂直于电缆沟1的直线上；根据测得的振动加速度，可以划分强振区(a＞g)、次振区(0.3g＜a＜g)和波动区(0.04g＜a＜0.3g)，其中，g为标准振动加速度，a为测量所得的振动加速度；

D、模拟区边界与电缆沟1的垂直距离(即矩形长边的长度)r根据公式确定，其中，an为模拟区边界与电缆沟1连接处的振动加速度，在计算r时，还可引入强振区、次振区和波动区内的测量所得振动加速度和标准振动加速度之间的关系；因本发明用于研究振动源传播至电缆沟1环境下的振动传播规律，因此模拟区宽边的长度无需特别进行规定，具体可根据机械设备大小而定，比如利用挖掘机进行作业，宽边长度则可设置为挖掘机长度的2至3倍，便于模拟挖掘机来回驶动；

E、利用设置在电缆沟1内的第一采集装置采集由振源点o传播至电缆沟1的振动信号。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，故不能以此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型专利涵盖的范围内。