复杂环境下堤坝浸润线分布式光纤感知系统及运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复杂环境下堤坝浸润线分布式光纤感知系统及运行方法，属于水工程安全感知系统。
【背景技术】
[0002]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。随着分布式光纤传感技术的发展，借助其获取结构性态信息、感知结构健康状况，已成为水利、土木等工程安全领域重要的研究方向，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。
[0003]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光纤感知系统及方法。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种复杂环境下堤坝浸润线分布式光纤感知系统及运行方法，具有工作效率高、可远程大范围感知、引线少、亲和性好等特点，可实现不同高程向土体的原地含水量监测，感知该区域的浸润线。
[0005]技术方案:为实现上述目的，本发明的复杂环境下堤坝浸润线分布式光纤感知系统，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；
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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。
[0010]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。
[0011]作为优选，所述竖承载台平行于中连柱且与外圆载壁相切布设。
[0012]作为优选，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。
[0013]—种上述的复杂环境下堤坝浸润线分布式光纤感知系统的运行方法，包括以下步骤:
[0014]第一步，确定传感光纤需要布设的位置，将载入端导连装置与输出端导连装置固定于竖承载台上，同时，将载纤轴分别安装到第一端口台与第二端口台上，且在第一端口台与第二端口台中间位置处需再安装一个载纤轴，在中连柱上同样安装两个载纤轴；
[0015]第二步，打开弧形压头及压头过渡端，将传感光纤的输入端通过第一导纤横道与第二导纤横道引至内框体装置中，通过第一端口台上的载纤轴将传感光纤引至中连柱中，后将传感光纤以“S”型布置于竖承载台与中连柱之间，在输出端导连装置处通过第二端口台上的载纤轴将传感光纤的输出端布设到导纤凹槽中；
[0016]第三步，将框定杆固定于第二端口台中，且通过框定杆将第二端口台与连接椎体连接，通过转动旋动柄进而带动旋动杆的上下运动，旋动杆的上下运动带动了 T型横轨的上下运行，T型横轨会压紧到传感光纤的输出端所通过的导纤凹槽中；
[0017]第四步，将传感光纤的输出端与输入端分别引至载纤盘中，且通过缆线来控制电机箱的启动，后控制旋转滚轴的速度来控制半圆转盘的转速，进而控制取样速度，实现原样体取样；
[0018]第五步，除了初始应力之外，传感光纤的输出端与输入端均处于无外界应力的干扰状态，通过解调分析将传感光纤的输出端与输入端的温度数值分别记录为θ。^与0int，后将该时刻t下传感光纤的输出端与输入端的平均温度数值记录为θ\=(θ^+θιη”/2，在t时刻下，通过温度解调，内框体装置中传感光纤的温度数值记录为θ\，在t时刻下，传感光纤的输出端与输入端的平均温度与内框体装置中传感光纤的温度差值表示为Qd= I (θοο^+θ^)/2-θ\ I;后经过T时间之后再次进行同样的监测，则传感光纤的输出端与输入端处的传感光纤的解调温度值为9\=(0。1/+011/)/2，经过(1'-0时间之后得出的传感光纤的输出端与输入端与内框体装置中传感光纤的温度差值为:9d= I θτ?-( θ_τ+θιητ)/2，重复的进行监测，获取9d与土体含水率b之间的关系，通过拟合分析构建出不同土体下9d = f(b)函数关系式，进而确定该处浸润线所通过的位置，最后获取断面浸润线及堤坝浸润面。
[0019]有益效果:本发明的复杂环境下堤坝浸润线分布式光纤感知系统，利用载入端导连装置、内框体装置、输出端导连装置、外配体装置的组合结构，实现了变高程向的待测堤坝原地含水量监测，通过构建传感光纤输出端、传感光纤输入端和内框体装置中传感光纤的温度差值与原地含水量之间的经验模型，实现了堤坝浸润线的实时感知，较好解决了依靠分布式光纤传感技术实现堤坝浸润线监测的技术难题。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的主结构图；
[0021]图2为图1的平面结构图；
[0022]图3为本发明中输出端导连装置的平面结构图；
[0023]图4为本发明中载入端导连装置的结构图；
[0024]图5为本发明中输出端导连装置的结构图；
[0025]图6为图1中半圆转盘的平面结构图；
[0026]图7为图1中载纤轴的结构图；
[0027]图8为图1中导纤凹槽的结构图；
[0028]图9为图1中T型横的结构图。
[0029]其中:100-开展梁、101-横向导杆、102-载纤盘、103-载纤箱、104-竖承载台、105-传感光纤输入端、106-传感光纤输出端、107-缆线、