一种用于监测水工程渗流性态的传感光缆的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于监测水工程渗流性态的传感光缆，包括第一传感光纤、第二传感光纤、第三传感光纤盒第四传感光纤，所述第一传感光纤外包裹有圆环状的内硬质层，内硬质层位于三角内支架内，三角内支架内填充有隔热层，三角内支架安装在外圆模块中，所述第二传感光纤、第三传感光纤盒第四传感光纤分别位于三角内支架与外圆模块之间的间隙中，外圆模块与三角内支架之间设有外圆弧填充层以固定第二传感光纤、第三传感光纤盒第四传感光纤。本实用新型的用于监测水工程渗流性态的传感光缆，融合构建了内嵌隔渗增强段和增渗加强段和配套渗流监测的三芯光纤和标定用的单芯光纤相融合的新型的用于监测水工程渗流性态的传感光缆，其具数字化和小型化优势。
【专利说明】
一种用于监测水工程渗流性态的传感光缆
技术领域
[0001] 本实用新型涉及用于监测水工程渗流性态的传感光缆，属于水工程结构健康监测 领域。
【背景技术】
[0002] 我国筑坝历史悠久，各型水工结构物建设遍及全国，水工程是一项规模庞大、结构 复杂、外部荷载多变的系统工程，干扰及影响水工程安全的因素众多，且水工程的安全运行 对保障人们和社会安全具有重要作用，实现水工程动态安全动态预判与实时监控，对保障 水工程的安全运行，提升科学管理，减少灾后损失有着十分重要的意义。
[0003] 为能及时掌控水工结构物的安全性态，需要在结构物内布置各种类型的传感元 件，而对于传统的传感装置而言，其经常会出现抗电磁干扰能力差、易受到潮湿环境影响、 使用寿命短、单点单物理量监测、引线过多、极其容易出现测值漂移等影响监测效果的问 题，为此，需要研发先进、实用的监测技术及设备，而对于传感光纤而言，其抗电磁干扰能力 强、不易受到外部环境影响、使用寿命长、可实现分布式多参量监测、不容易出现测值漂移、 价格低廉、布设方便等优点，因此，基于传感光纤技术在水工程的应用研究意义极为重大。
[0004] 对于水工程中的渗流性态的监测问题更是困扰水工程安全的重要影响因素，常规 的监测手段极少，且面临着很多难于解决的问题，对于基于光纤传感技术的渗流性态监测 更是工程实用化方面上的空白，其次，当前还很难找到一款专门针对渗流性态监测用的传 感光缆，常规的传感光缆由于宽泛的使用对象和范围，很难在渗流性态监测上呈现出较好 的监测效果，为此，需要研发一种专门针对水工程的渗流监测的传感光纤。 【实用新型内容】
[0005] 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用于监测 水工程渗流性态的传感光缆，融合构建了内嵌隔渗增强段和增渗加强段和配套渗流监测的 三芯光纤和标定用的单芯光纤相融合的新型的用于监测水工程渗流性态的传感光缆，其具 有智能化、数字化、集成化和小型化优势。
[0006] 技术方案:为解决上述技术问题，本实用新型的一种用于监测水工程渗流性态的 传感光缆，包括第一传感光纤、第二传感光纤、第三传感光纤盒第四传感光纤，所述第一传 感光纤外包裹有圆环状的内硬质层，内硬质层位于三角内支架内，三角内支架内填充有隔 热层以固定内硬质层，三角内支架安装在外圆模块中，所述第二传感光纤、第三传感光纤盒 第四传感光纤分别位于三角内支架与外圆模块之间的间隙中，外圆模块与三角内支架之间 设有外圆弧填充层以固定第二传感光纤、第三传感光纤盒第四传感光纤，所述外圆模块为 圆环状，包含三组的隔渗增强段和增渗加强段，所述隔渗增强段和增渗加强段交替分布。
[0007] 作为优选，所述隔渗增强段和增渗加强段均为扇形状，隔渗增强段和增渗加强段 均圆周均匀分布，三个隔渗增强段的渗透系数各不相同，三个增渗加强段的渗透系数也各 不相同。
[0008] 作为优选，三个隔渗增强段的渗透系数顺时针递减，三个增渗加强段的渗透系数 逆时针递增，防渗最好的隔渗增强段与渗透最好的增渗加强段相邻分布。
[0009] 有益效果:本实用新型的用于监测水工程渗流性态的传感光缆，其结构完整，流程 化和自动化强，融合构建了内嵌隔渗增强段和增渗加强段和配套渗流监测的三芯光纤和标 定用的单芯光纤相融合的新型的用于监测水工程渗流性态的传感光缆，具有智能化、数字 化、集成化和小型化优势，基于材料的特殊属性，创新性地提出隔渗增强段与增渗加强段的 交错融合，有效增加了增渗加强段渗流性态的监测，可实现多方向多精度梯度渗流特性辨 识，极大的提高了结构体渗流性态监测的精度，为能从静动态层面时间与空间上实现渗流 性态定量与定性评估，为水工安全运行提供重要的保障。
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]如图1所示，本实用新型的用于监测水工程渗流性态的传感光缆，包括外弧长为2 Ji/15、渗透系数最高的高密度聚乙烯材质的第一隔渗增强段200、外弧长为V15、渗透系数 最高的掺有机溶剂的氯化丁基橡胶材质的第一增渗加强段213、外弧长为231/15、渗透系数 中等的高密度聚乙烯防渗材质的第二隔渗增强段211、外弧长为V15、渗透系数中等的掺有 机溶剂的氯化丁基橡胶材质的第二增渗加强段208、外弧长为2V15、渗透系数最低的高密 度聚乙烯材质的第三隔渗增强段206、外弧长V15、渗透系数最低的掺有机溶剂的氯化丁基 橡胶材质的第三增渗加强段202;第一隔渗增强段200、第二隔渗增强段211和第三隔渗增强 段206相互之间的夹角为120°，第一隔渗增强段200处于第一增渗加强段213和第三增渗加 强段202中间位置，第二隔渗增强段211处于第一增渗加强段213和第二增渗加强段208中间 位置，第三隔渗增强段206处于第二增渗加强段208和第三增渗加强段202中间位置，为了更 好地区别不同方向上渗流性态监测精度的差别，第一增渗加强段213、第二增渗加强段208 和第三增渗加强段202的渗透系数不断降低。
[0012] 第一增渗加强段213、第二增渗加强段208和第三增渗加强段202相互之间的夹角 为120°，第一隔渗增强段200通过第一增渗加强段213与第二隔渗增强段211相连接，第二隔 渗增强段211与第三隔渗增强段206之间通过第二增渗加强段208相连接，第三隔渗增强段 206通过第三增渗加强段202与第一隔渗增强段200相连接，第一隔渗增强段200具有较强的 防渗性能，而第一增渗加强段213具有较强的渗透性能，通过构建第一隔渗增强段200和第 一增渗加强段213的交互匹配，可以防止第一隔渗增强段200处水体的渗流和增强第一增渗 加强段213水体的渗流，提高用于监测水工程渗流性态的传感光缆中局部区域对渗流水体 的监灵敏度，增加监测精度。
[0013] 在本发明中，包括GYTA53+33型第四传感光纤201、材质为超高分子量聚乙烯纤维 的外圆弧填充层209、GYTA53+33型第二传感光纤212和GYTA53+33型第三传感光纤210,其 中，中层模块与外圆模块通过外圆弧填充层209相连接，GYTA53+33型第四传感光纤201、 GYTA53+33型第二传感光纤212和GYTA53+33型第三传感光纤210通过外圆弧填充层209实现 彼此之间的衔接。
[0014] 第四传感光纤201、第二传感光纤212和第三传感光纤210之间的夹角为120°，通过 外圆弧填充层209对第四传感光纤201、第二传感光纤212和第三传感光纤210进行固定和保 护，三角内支架214为金属结构，三角内支架214为金属结构内填充有隔热层以固定内硬质 层203,在对三角内支架214进行加热过程中，第四传感光纤201、第二传感光纤212和第三传 感光纤210分别达到各自的温度数值之后，然后停止对三角内支架214加热，在相同的时间 内让第四传感光纤201、第二传感光纤212和第三传感光纤210自动降温，由于第一隔渗增强 段200、第二隔渗增强段211和第三隔渗增强段206之间的渗透系数数值不同，第一增渗加强 段213、第二增渗加强段208和第三增渗加强段202相互之间的夹角为120°，且分别处于第二 传感光纤212、第三传感光纤210和第四传感光纤201上端，则第四传感光纤201、第二传感光 纤212和第三传感光纤210温度降低数值会存在一个较为明显的差别，进而可以确定不同方 向上监测渗流水体的渗透特性精度的差别，进而实现多方向上渗流特性变多精度的研究， 满足不同工程的需要。
[0015] 在本发明中，还包含顶角为60°的三角内支架214和圆环状的内硬质层203、GYTA53 +33型第一传感光纤204,内硬质层203外填充有隔热层205,可以将GYTA53+33型第一传感光 纤204充分固定到渗流性态监测用传感光纤的中心位置处，使得GYTA53+33型第一传感光纤 204尽量避免外界荷载及温度的影响；
[0016] -种如上述的一种用于监测水工程渗流性态的传感光缆制备及监测方法，包括以 下步骤：
[0017] (1)配置四根等长度的紧套护层颜色为红、蓝、白、黄的GYTA53+33型普通传感光 纤，将紧套护层颜色为蓝、白、黄三种颜色的GYTA53+33型普通传感光纤作为第四传感光纤 201、第二传感光纤212、第三传感光纤210,以紧套护层颜色为红色的GYTA53+33型普通传感 光纤为处于中心位置的第一传感光纤204,通过材质为超高分子量聚乙烯纤维的内硬质层 203,将第四传感光纤201、第二传感光纤212、第三传感光纤210夹角为120°形式布置在第一 传感光纤204的周围，配置三角内支架214,后将外弧长为JT/5、内弧长为JT4/15的第一隔渗增 强段200、外弧长为JT2/15、内弧长为π/15第一增渗加强段213、外弧长为π/5、内弧长为JT4/15 的第二隔渗增强段211、外弧长为JT2/15、内弧长为π/15第二增渗加强段208、外弧长为π/5、 内弧长为JI4/15的第三隔渗增强段206、3!2/15、内弧长为31/15第三增渗加强段202配置成外 圆丰吴块；
[0018] (2)确定待测区域为黄河某堤防工程，确定需要铺设的区域、路线及方案，后确定 用于监测水工程渗流性态的传感光缆的长度为l〇〇m，将用于监测水工程渗流性态的传感光 缆布设到待测区域内，在布设到待监测渗流的结构物初期，使用交流电连接金属材质的三 角内支架214,并对三角内支架214进行加热，待用于监测水工程渗流性态的传感光缆被加 热到一定程度后，用于监测水工程渗流性态的传感光缆温度从5°升到20°，停止对三角内支 架214进行加热，然后等待半个小时后，观测第四传感光纤201、第二传感光纤212和第三传 感光纤210温度降低程度，分别降低了2°、5°和8°，则第四传感光纤201、第二传感光纤212和 第三传感光纤210灵敏度可以表示为
，即为4/ 15°/h、2/3°/h、16/15°/h，即第三传感光纤210灵敏度最高，进而确定不同方向上监测精度 梯度，当渗流水体穿过待监测渗流的结构物孔隙后，不均匀分布的渗流水体会从不同方向 将到达用于监测水工程渗流性态的传感光缆周围，第四传感光纤201、第二传感光纤212和 第三传感光纤210将从不同方向上感受到渗流水体所带来的温度的变化，通过比对第四传 感光纤201、第二传感光纤212和第三传感光纤210与第一传感光纤204对比分析，可以获取 用于监测水工程渗流性态的传感光缆时间与空间上光信息变化曲线，进而绘制不同位置处 不同时间刻度上光信息时程曲线，通过光信息时程曲线变化来辨识待测结构体的渗流性 ??τ 〇
[0019]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. 一种用于监测水工程渗流性态的传感光缆，其特征在于:包括第一传感光纤、第二传 感光纤、第三传感光纤盒第四传感光纤，所述第一传感光纤外包裹有圆环状的内硬质层，内 硬质层位于三角内支架内，三角内支架内填充有隔热层以固定内硬质层，三角内支架安装 在外圆模块中，所述第二传感光纤、第三传感光纤盒第四传感光纤分别位于三角内支架与 外圆模块之间的间隙中，外圆模块与三角内支架之间设有外圆弧填充层以固定第二传感光 纤、第三传感光纤盒第四传感光纤，所述外圆模块为圆环状，包含三组的隔渗增强段和增渗 加强段，所述隔渗增强段和增渗加强段交替分布。2. 根据权利要求1所述的用于监测水工程渗流性态的传感光缆，其特征在于:所述隔渗 增强段和增渗加强段均为扇形状，隔渗增强段和增渗加强段均圆周均匀分布，三个隔渗增 强段的渗透系数各不相同，三个增渗加强段的渗透系数也各不相同。3. 根据权利要求2所述的用于监测水工程渗流性态的传感光缆，其特征在于:三个隔渗 增强段的渗透系数顺时针递减，三个增渗加强段的渗透系数逆时针递增，防渗最好的隔渗 增强段与渗透最好的增渗加强段相邻分布。
【文档编号】G02B6/44GK205643793SQ201620415507
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】苏怀智, 杨孟, 李皓
【申请人】河海大学