一种监测水工结构体渗漏的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种监测水工结构体渗漏的装置及方法，包括若干个分布于水工结构体内的渗流监测模块，所述渗流监测模块包含下上分布的第一渗流监测单元、左右分布的第二渗流监测单元以及同时与第一渗流监测单元和第二渗流监测单元连接的伸缩支架，第一渗流监测单元和第二渗流监测单元内分布有渗流测量光纤，通过渗流测量光纤监测水工结构体的渗漏状况。本发明的一种监测水工结构体渗漏的装置，具有无需加热、分布式、同步性特点，在降低监测成本、提升监测精度及工程实用化等方面具有突出优势；本发明的监测方法通过在水工结构体内灵活的布置渗流监测模块，通过标定光纤和渗流测量光纤的比较得出渗水的位置和方向，操作简单，结果精确。
【专利说明】一种监测水工结构体渗漏的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种水工结构体安全隐患的定位和定向监测，具体涉及一种监测水工 结构体渗漏的装置及监测方法。
【背景技术】
[0002] 我国堤防溃决90%以上、土石坝工程中超过三分之一破坏缘于渗漏及渗漏衍生 的各种问题所致，渗流是影响水工结构物安全长效服役的重要因素和突出病害，研发先进 实用的渗漏定位与定向仪器、装置和辨识方法，可靠探测水工结构物内渗漏发生的位置、范 围、方向以及大小，及时采取有效的防渗抗渗措施，对保障工程安全具有极其重要的意义。
[0003] 目前对于水工结构物渗漏定位与定向监测，多借助点式渗流传感器，但由于测点 有限，常出现漏检情况，且传统渗流传感器多存在体积大、引线多、亲和性差等不足。随着分 布式光纤传感监测技术的发展，研发可用于水工结构物渗漏位置和方向的分布式光纤辨识 装置及方法，日益引起工程界和科技工作者的关注与投入。但国内外已有的分布式光纤测 渗技术，多需借助外设热源对待测光纤给予加热，若在加热中发生外包装层破损或者漏电 等情况，将对操作人员的人身安全造成威胁，且影响监测结果；另外，在水工结构物服役环 境中，外设电流加热系统常难于保证，极大阻碍了该技术在实际工程中的应用和推广。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种监测水工结构体渗 漏的装置及监测方法，具有无需加热、分布式、多向性、同步性等特点，而且可以通过改变第 一渗流监测单元和第二渗流监测单元的分布扩展渗漏监测的范围，在降低监测成本、提升 监测精度及工程实用化等方面具有突出优势。
[0005] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明的监测水工结构体渗漏的装置，包括若干 个分布于水工结构体内的渗流监测模块，所述渗流监测模块包含下上分布的第一渗流监测 单元、左右分布的第二渗流监测单元以及同时与第一渗流监测单元和第二渗流监测单元连 接的伸缩支架；
[0006] 所述第一渗流监测单元包含固定监测光纤单元的第一载纤凹道，第一载纤凹道外 设有载纤护层，第一载纤凹道两端分别设有左载纤端和右载纤端，左载纤端通过左连柄与 左连球连接，右载纤端通过右连柄与右连球连接，左连球和右连球铰接在横梁支架两端，监 测光纤单元与信息收集装置连接；
[0007] 所述第二渗流监测单元包含固定监测光纤单元的第二载纤凹道，第二载纤凹道的 两端分别设有上载纤弧端和下载纤弧端，上载纤弧端通过上弧形连柄与上连轴球连接，下 载纤弧端通过下弧形连柄与下连轴球连接，上连轴球和下连轴球铰接在山形端梁的两端；
[0008] 所述伸缩支架包含支撑杆、与支撑杆连接的第一伸缩杆和第二伸缩杆，所述第一 伸缩杆和第二伸缩杆分别包含固定杆、一端套在固定杆内的移动杆，另一端安装有法兰，法 兰分别与横梁支架或山形端梁连接，移动杆通过固定杆上设有的固定螺栓固定，第一伸缩 杆和第二伸缩杆下方安装有卡箍定位。
[0009] 作为优选，所述监测光纤单元包含一根渗流测量光纤和两根标定光纤，两根标定 光纤位于渗流测量光纤的两侧，渗流测量光纤外套有硬质钢圈，标定光纤从内到外依次套 有绝热隔层和硬质护层，渗流测量光纤外设有依次连接的上凹边内层、左凸边内层、下凹边 内层和右凸边内层，上凹边内层外依次设有上凹边中层和上凹边外层，左凸边内层外依次 设有左凸边中层和左凸边外层，下凹边内层外依次设有下凹边中层和下凹边外层，右凸边 内层外依次设有右凸边中层和右凸边外层。凹形结构的最底端将极容易汇集周边区域可能 的渗流水体，放大了小渗流的作用效果，与最底端的渗析棒配套使用，大大提高了对微弱渗 漏或初期渗漏的辨识能力，该弧形截面结构将最大程度地扩大渗流区域渗流水体在渗流测 量光纤上的停留时间及接触面积，对于待测区渗流位置的定位具有较高的精度保证作用； 除此之外，上凹边外层具有防渗、防腐性能，且设计了与其截面形状类似的上凹边中层与上 凹边内层紧接，三层凹状设计结构提高了本渗流监测专用光缆的强度及韧性，可起到保护 内部结构及延长使用寿命等效果。其中硬质护层在绝热隔层的外部，绝热隔层内侧与标定 光纤接触，在渗流水体作用到待测区域时，在绝热隔层的作用下标定光线处于与外界无任 何热量接触的状态，其将作为参考标定用光纤，对称分布布置的另一个标定光纤可以对参 考标定用光纤的结果进行二次校正，其将最大程度地确保参考标准的客观准确性。左凸边 外层和右凸边外层与凹边外层相反的凸边结构，该相反的对应设计大大增加了渗流专用光 缆的截面积，提高了监测装置与待测结构体之间更密实的接触与连接，增强了监测装置与 待测结构体的协同性，且将其布置成左右各三层结构，作用之一是为了增加标定光纤处的 隔层厚度，且材料强度及韧性由内到外不断增加，不但提高了其内部与标定光纤的柔性过 渡连接，还增加了抵抗外部的较大渗流水压力的作用，左凸边外层和右凸边外层具有抗腐 蚀性能，提高了其与渗流水体长期共存的能力，在可能掺杂腐蚀性离子的复杂环境下，其渗 流监测具有较好功效。
[0010] 作为优选，所述渗流测量光纤两边分别与上渗析棒和下渗析棒连接，上渗析棒依 次穿过硬质钢圈、上凹边内层、上凹边中层和上凹边外层与外界渗漏水流相接触，下渗析棒 依次穿过硬质钢圈、下凹边内层、下凹边中层和下凹边外层与外界渗漏水流相接触。
[0011] 作为优选，所述监测光纤单元外安装有外圆护壁，所述外圆护壁包含左上外圆护 壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁，左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆 护壁和右下外圆护壁形成了凹凸型载纤腔，监测光纤单元位于凹凸型载纤腔内，左上外圆 护壁和右上外圆护壁之间通过上载纤扣锁紧，左下外圆护壁和右下外圆护壁通过下载纤扣 锁紧，左上外圆护壁和左下外圆护壁分别绕左圆转环转动，右上外圆护壁和右下外圆护壁 分别绕右圆转环转动。外圆护壁的近似圆形截面将凹凸设计的监测光纤单元中凹处部分进 行二次补充，将布置于内部的渗流专用光缆组成一个外截面近似圆形的结构，弥补了其独 特结构所带来的生产、运输及布设中存在的可能弊端；外圆护壁可以绕着左圆转环和右圆 转环开启，外圆护壁内部的凹凸型载纤腔可以将本发明的渗流专用光缆精密地嵌入到凹凸 型载纤腔内，外圆护壁顶部和底端的上载纤扣与下载纤扣将外圆护壁牢固闭合，防止外圆 护壁松动或者外界人为等其他因素的干扰；且外圆护壁与凹凸型载纤腔之间是空腔设计， 为可能的使用操作预留了空间。
[0012] 作为优选，所述第二载纤凹道内表面安装有渗漏网筛，渗漏网筛的表面为蜂窝状。
[0013] 作为优选，所述第一伸缩杆和第二伸缩杆套在支撑杆上，第一伸缩杆和第二伸缩 杆安装有锁紧螺栓，通过锁紧螺栓的头部顶住支撑杆锁紧第一伸缩杆和第二伸缩杆。
[0014] 一种监测水工结构体渗漏的装置的监测方法，包括以下步骤：
[0015] 第一步，准备普通单模裸光纤数根，基于第一渗流监测单元和第二渗流监测单元 结构，配备制作成数根定长度的监测光纤单元；
[0016] 第二步，绕着左圆转环和右圆转环将左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁 和右下外圆护壁打开，将监测光纤单元安置到凹凸型载纤腔内，然后旋动左圆转环和右圆 转环将左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁合拢，利用上载纤扣和 下载纤扣将两端分布的左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁扣合， 后将监测光纤单元缠绕到监测光纤单元滚轮上，运输至渗流待监测部位；
[0017] 第三步，待将监测光纤单元运输至待测区域之后，旋开上载纤扣及下载纤扣，打开 左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁将监测光纤单元从凹凸型载 纤腔中取出，将一定长度的监测光纤单元放置到内壁设有渗漏网筛的第二载纤凹道中，将 另一段定长度的监测光纤单元放置到内壁设有渗漏网筛的第一载纤凹道内；通过左侧的下 连轴球和上连轴球将配置有下弧形连柄、下载纤弧端和上弧形连柄、上载纤弧端的第二载 纤凹道铰接于山形端梁的两端，同样步骤，通过右侧的连轴球和上连轴球将配置有下弧形 连柄、下载纤弧端和上弧形连柄、上载纤弧端的第二载纤凹道铰接于山形端梁的两端；
[0018] 第四步，通过上端的左连球和右连球，将连接有左载纤端、左连柄和右载纤端、右 连柄的第一载纤凹道铰接到横梁支架，同样，通过下端的左连球和右连球，将连接有左载纤 端、左连柄和右载纤端、右连柄的第一载纤凹道铰接到横梁支架，到此，各个渗流监测模块 布置结束，将所有渗流监测模块中的标定光纤和渗流测量光纤与信息收集装置连接；
[0019] 第五步，打开信息收集装置，首先将标定光纤的信息进行收集，去除其中与均值差 别较大的光纤，且保留其温度变化较小的几根，将互校正处理之后的标定光纤作为最终的 标定光纤；
[0020] 第六步，待渗流水体经过该区域时，通过上渗析棒和下渗析棒将渗流水体的热量 直接传递到渗流测量光纤处，实时记录其变化情况，与第七步的标定光纤进行比对分析，辨 识该处渗流状态，当水工结构物的渗流水体流过渗流监测模块时，第一监测光纤单元和第 二监测光纤单元内的第一载纤凹道和第二载纤凹道将流过的水体汇集，实时记录信息采集 装置采集到的数据，且将数据值与标定光纤值进行差值，将差值结果绘制成时程曲线，若时 程曲线变化较大，则该处即存在渗流水体，实现定位；通过上述同样方法，分析渗流监测模 块中不同方向布置的监测光纤单元的时程曲线，若某一方向上监测光纤的时程曲线波动较 大，则判定该方向上存在渗流水体，实现定向；进而，最终实现对水工结构物渗漏定位与定 向监测。
[0021] 本发明的监测水工结构体渗漏的装置，包括水平及竖直方向的四个监测光纤单元 进行监测，每个监测光纤单元内有一根渗流测量光纤、两根标定用光纤，四周环绕型布置可 最大限度地监测来自不同方向的渗流状况，极大地避免了某些方向上的渗流漏测情况，对 于水工结构物渗漏多维多向的准确定位和定向具有重要意义；且在只需要单独布置某向渗 流监测的区域，其四向的监测光纤单元可以单独布设。
[0022] 在本发明中，光纤信息收集装置为常见的光功率计、OTDR光时域反射仪、 PPP-BOTDA预泵浦布里渊光时域分析仪等装置。
[0023] 有益效果：本发明的监测水工结构体渗漏的装置及方法，监测光纤单元无需借助 外设热源对其加热即可进行监测，研发的渗流监测光纤单元系列化的外圆护壁，其上下对 开的设计极大提升了实际工程中的运输及布设的能力，渗流监测模块的四向结构设计实现 了全方位渗流监测，而且通过伸缩杆可以调节第一渗流监测单元和第二渗流监测单元的间 距，扩展单个渗流监测模块的监测面积，有效弥补了传统监测技术及已有分布式光纤监测 技术中的部分不足，具有无需加热、分布式、多向性、同步性等特点，在降低监测成本、提升 监测精度及工程实用化等方面具有突出优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为本发明的结构图；
[0025] 图2为图1中渗漏监测光纤单元结构图；
[0026] 图3为外圆护壁示意图；
[0027] 图4为支撑杆的示意图；
[0028] 图5为图1中第一伸缩杆或者第二伸缩杆的结构示意图；
[0029] 图6为图1中卡箍的结构示意图；
[0030] 图7为图1中渗漏网筛结构示意图。
[0031] 其中：100-左凸边外层；101-左凸边中层；102-左凸边内层；103-右凸边外 层；104-右凸边中层；105-右凸边内层；106-绝热隔层；107-硬质护层；108-标定光纤； 109-上凹边中层；110-上凹边外层；111-上凹边内层；112-下凹边中层；113-下凹边内 层；114-下凹边外层；115-上渗析棒；116-下渗析棒；117-硬质钢圈；118-渗流测量光 纤；200-上载纤扣；201-左圆转环；202-右圆转环；203-外圆护壁；204-凹凸型载纤腔； 205-下载纤扣；501-下连轴球；502-下弧形连柄；503-下载纤弧端；504-第二载纤凹 道；505-上载纤弧端；506-上弧形连柄；507-上连轴球；509-山形端梁；600-左载纤端； 601-左连柄；602-左连球；603-右载纤端；604-右连柄；605-右连球；608-横梁支架； 610-载纤护层；611-第一载纤凹道；618-渗漏网筛；701-支撑杆；702-固定杆；703-固定 螺栓；704-移动杆；705-法兰；706-锁紧螺栓；707卡箍。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0033] 如图1至图6所示，本发明的一种监测水工结构体渗漏的装置，包括若干个分布于 水工结构体内的渗流监测模块，渗流监测模块包含下上分布的第一渗流监测单元、左右分 布的第二渗流监测单元以及同时与第一渗流监测单元和第二渗流监测单元连接的伸缩支 架。
[0034] 第一渗流监测单元包含固定监测光纤单元的第一载纤凹道611，第一载纤凹道 611外设有载纤护层610,第一载纤凹道611两端分别设有左载纤端600和右载纤端603， 左载纤端600通过左连柄601与左连球602连接，右载纤端603通过右连柄604与右连球 605连接，左连球602和右连球605铰接在横梁支架608两端，监测光纤单元与信息收集装 置连接。
[0035] 第二渗流监测单元包含固定监测光纤单元的第二载纤凹道504,第二载纤凹道 504的两端分别设有上载纤弧端505和下载纤弧端503,上载纤弧端505通过上弧形连柄 506与上连轴球507连接，下载纤弧端503通过下弧形连柄502与下连轴球501连接，上连 轴球507和下连轴球501铰接在山形端梁509的两端。
[0036] 伸缩支架包含支撑杆701、与支撑杆701连接的第一伸缩杆和第二伸缩杆，第一伸 缩杆和第二伸缩杆分别包含固定杆702、一端套在固定杆702内的移动杆704,另一端安装 有法兰705,法兰705分别与横梁支架608或山形端梁509连接，移动杆704通过固定杆702 上设有的固定螺栓703固定，第一伸缩杆和第二伸缩杆下方安装有卡箍707定位。
[0037] 在本发明中，监测光纤单元包含一根渗流测量光纤118和两根标定光纤108,两根 标定光纤108位于渗流测量光纤118的两侧，渗流测量光纤118和两根标定光纤108通过 在凹槽内填充填充物固定，渗流测量光纤118外套有硬质钢圈117,标定光纤108外从内到 外依次套有绝热隔层106和硬质护层107,渗流测量光纤118外设有依次连接的上凹边内 层111、左凸边内层102、下凹边内层113和右凸边内层105,上凹边内层111外依次设有上 凹边中层109和上凹边外层110,左凸边内层102外依次设有左凸边中层101和左凸边外层 100,下凹边内层113外依次设有下凹边中层112和下凹边外层114,右凸边内层105外依 次设有右凸边中层104和右凸边外层103。凹形结构的最底端将极容易汇集周边区域可能 的渗流水体，放大了小渗流的作用效果，与最底端的渗析棒配套使用，大大提高了对微弱渗 漏或初期渗漏的辨识能力，该弧形截面结构将最大程度地扩大渗流区域渗流水体在渗流测 量光纤118上的停留时间及接触面积，对于待测区渗流位置的定位具有较高的精度保证作 用；除此之外，上凹边外层110具有防渗、防腐性能，且设计了与其截面形状类似的上凹边 中层109与上凹边内层111紧接，三层凹状设计结构提高了本渗流监测专用光缆的强度及 韧性，可起到保护内部结构及延长使用寿命等效果。其中硬质护层107在绝热隔层106的 外部，绝热隔层106内侧与标定光纤108接触，在渗流水体作用到待测区域时，在绝热隔层 106的作用下标定光线处于与外界无任何热量接触的状态，其将作为参考标定用光纤，对称 分布布置的另一个标定光纤108可以对参考标定用光纤的结果进行二次校正，其将最大程 度地确保参考标准的客观准确性。左凸边外层100和右凸边外层103与凹边外层相反的凸 边结构，该相反的对应设计大大增加了渗流专用光缆的截面积，提高了监测装置与待测结 构体之间更密实的接触与连接，增强了监测装置与待测结构体的协同性，且将其布置成左 右各三层结构，作用之一是为了增加标定光纤108处的隔层厚度，且材料强度及韧性由内 到外不断增加，不但提高了其内部与标定光纤108的柔性过渡连接，还增加了抵抗外部的 较大渗流水压力的作用，左凸边外层100和右凸边外层103具有抗腐蚀性能，提高了其与渗 流水体长期共存的能力，在可能掺杂腐蚀性离子的复杂环境下，其渗流监测具有较好功效。
[0038] 在本发明中，渗流测量光纤118两边分别与上渗析棒115和下渗析棒116连接，上 渗析棒115依次穿过硬质钢圈117、上凹边内层111、上凹边中层109和上凹边外层110与外 界渗漏水流相接触，下渗析棒116依次穿过硬质钢圈117、下凹边内层113、下凹边中层112 和下凹边外层114与外界渗漏水流相接触。
[0039] 在本发明中，监测光纤单元外安装有外圆护壁203,外圆护壁203包含左上外圆护 壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁，左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆 护壁和右下外圆护壁形成了凹凸型载纤腔204,监测光纤单元位于凹凸型载纤腔204内，左 上外圆护壁和右上外圆护壁之间通过上载纤扣200锁紧，左下外圆护壁和右下外圆护壁通 过下载纤扣205锁紧，左上外圆护壁和左下外圆护壁分别绕左圆转环201转动，右上外圆护 壁和右下外圆护壁分别绕右圆转环202转动。外圆护壁203的近似圆形截面将凹凸设计的 监测光纤单元中凹处部分进行二次补充，将布置于内部的渗流专用光缆组成一个外截面近 似圆形的结构，弥补了其独特结构所带来的生产、运输及布设中存在的可能弊端；外圆护壁 203可以绕着左圆转环201和右圆转环202开启，外圆护壁203内部的凹凸型载纤腔204可 以将本发明的渗流专用光缆精密地嵌入到凹凸型载纤腔204内，外圆护壁203顶部和底端 的上载纤扣200与下载纤扣205将外圆护壁203牢固闭合，防止外圆护壁203松动或者外 界人为等其他因素的干扰；且外圆护壁203与凹凸型载纤腔204之间是空腔设计，为可能的 使用操作预留了空间。
[0040] 在本发明中，第二载纤凹道504内表面安装有渗漏网筛618,渗漏网筛618的表面 为蜂窝状。
[0041] 在本发明中，第一伸缩杆和第二伸缩杆套在支撑杆701上，第一伸缩杆和第二伸 缩杆安装有锁紧螺栓706,通过锁紧螺栓706的头部顶住支撑杆701锁紧第一伸缩杆和第二 伸缩杆。
[0042] 一种监测水工结构体渗漏的装置的监测方法，包括以下步骤：
[0043] 第一步，基于渗流待测区域的布置需要，确定渗流监测模块的个数，基于本渗流待 测区域初步拟定6个渗流监测模块，准备普通单模裸光纤72根，基于渗流测量光纤单元的 基本构造，配备制作成24个定长度的监测光纤单元；
[0044] 第二步，绕着左圆转环201和右圆转环202将左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上 外圆护壁和右下外圆护壁打开，将监测光纤单元安置到凹凸型载纤腔204内，然后旋动左 圆转环201和右圆转环202将左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁 合拢，利用上载纤扣200和下载纤扣205将两端分布的左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上 外圆护壁和右下外圆护壁扣合，后将监测光纤单元缠绕到光缆滚轮上，将24个监测光纤单 元运输至渗流待监测部位；
[0045] 第三步，待将监测光纤单元运输至待测区域之后，旋开上载纤扣200及下载纤扣 205,打开左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁将监测光纤单元从 凹凸型载纤腔204中取出，将一定长度的监测光纤单元放置到内壁设有渗漏网筛618的第 二载纤凹道504中，将另一段定长度的监测光纤单元放置到内壁设有渗漏网筛的618的第 一载纤凹道611内；通过左侧的下连轴球501和上连轴球507将配置有下弧形连柄502、下 载纤弧端503和上弧形连柄506、上载纤弧端505的第二载纤凹道504铰接于山形端梁509 的两端，同样步骤，通过右侧的下连轴球501和上连轴球507将配置有下弧形连柄502、下 载纤弧端503和上弧形连柄506、上载纤弧端505的第二载纤凹道504铰接于山形端梁509 的两端；
[0046] 第四步，通过上端的左连球602和右连球605,将连接有左载纤端600、左连柄601 和右载纤端603、右连柄604的第一载纤凹道611铰接到左架构梁606及右架构梁608上， 同样，通过下端的左连球602和右连球605,将连接有左载纤端600、左连柄601和右载纤端 603、右连柄604的第一载纤凹道611铰接到横梁支架608上，到此，各个渗流监测模块布置 结束，将所有渗流监测模块中的标定光纤和渗流测量光纤与信息收集装置连接；
[0047] 第五步，按照上述同样的方法，将处于不同位置处的6个渗流监测模块固定，使用 DVP-730H型号光纤熔接机将每个渗流监测模块中的光纤进行熔接，后用塑料外套管进行保 护；
[0048] 第六步，打开光纤光信息收集装置，首先将标定光纤108的信息进行收集，使用光 纤解调设备解调各标定光纤温度数值，该时刻下各标定光纤的温度数值见表1，去除与均值 差别较大的光纤1'15、1'16、作7、1^8，保留温度变化较小的光纤1111、1112、1133、1134，将互校正 处理之后的光纤作为最终的标定光纤数值，其值为10. 59°C;
[0049] 表1各标定光纤的温度数值表
【权利要求】
1. 一种监测水工结构体渗漏的装置，其特征在于：包括若干个分布于水工结构体内的 渗流监测模块，所述渗流监测模块包含下上分布的第一渗流监测单元、左右分布的第二渗 流监测单元以及同时与第一渗流监测单元和第二渗流监测单元连接的伸缩支架； 所述第一渗流监测单元包含固定监测光纤单元的第一载纤凹道，第一载纤凹道外设有 载纤护层，第一载纤凹道两端分别设有左载纤端和右载纤端，左载纤端通过左连柄与左连 球连接，右载纤端通过右连柄与右连球连接，左连球和右连球铰接在横梁支架两端，监测光 纤单元与信息收集装置连接； 所述第二渗流监测单元包含固定监测光纤单元的第二载纤凹道，第二载纤凹道的两端 分别设有上载纤弧端和下载纤弧端，上载纤弧端通过上弧形连柄与上连轴球连接，下载纤 弧端通过下弧形连柄与下连轴球连接，上连轴球和下连轴球铰接在山形端梁的两端； 所述伸缩支架包含支撑杆、与支撑杆连接的第一伸缩杆和第二伸缩杆，所述第一伸缩 杆和第二伸缩杆分别包含固定杆、一端套在固定杆内的移动杆，另一端安装有法兰，法兰分 别与横梁支架或山形端梁连接，移动杆通过固定杆上设有的固定螺栓固定，第一伸缩杆和 第二伸缩杆下方安装有卡箍定位。
2. 根据权利要求1所述的监测水工结构体渗漏的装置，其特征在于：所述监测光纤单 元包含一根渗流测量光纤和两根标定光纤，两根标定光纤位于渗流测量光纤的两侧，渗流 测量光纤外套有硬质钢圈，标定光纤从内到外依次套有绝热隔层和硬质护层，渗流测量光 纤外设有依次连接的上凹边内层、左凸边内层、下凹边内层和右凸边内层，上凹边内层外依 次设有上凹边中层和上凹边外层，左凸边内层外依次设有左凸边中层和左凸边外层，下凹 边内层外依次设有下凹边中层和下凹边外层，右凸边内层外依次设有右凸边中层和右凸边 外层。
3. 根据权利要求2所述的监测水工结构体渗漏的装置，其特征在于：所述渗流测量光 纤两边分别与上渗析棒和下渗析棒连接，上渗析棒依次穿过硬质钢圈、上凹边内层、上凹边 中层和上凹边外层与外界渗漏水流相接触，下渗析棒依次穿过硬质钢圈、下凹边内层、下凹 边中层和下凹边外层与外界渗漏水流相接触。
4. 根据权利要求3所述的监测水工结构体渗漏的装置，其特征在于：所述监测光纤单 元外安装有外圆护壁，所述外圆护壁包含左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右 下外圆护壁，左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁形成了凹凸型载 纤腔，监测光纤单元位于凹凸型载纤腔内，左上外圆护壁和右上外圆护壁之间通过上载纤 扣锁紧，左下外圆护壁和右下外圆护壁通过下载纤扣锁紧，左上外圆护壁和左下外圆护壁 分别绕左圆转环转动，右上外圆护壁和右下外圆护壁分别绕右圆转环转动。
5. 根据权利要求1所述的监测水工结构体渗漏的装置，其特征在于：所述第二载纤凹 道内表面安装有渗漏网筛，渗漏网筛的表面为蜂窝状。
6. 根据权利要求1所述的监测水工结构体渗漏的装置，其特征在于：所述第一伸缩杆 和第二伸缩杆套在支撑杆上，第一伸缩杆和第二伸缩杆安装有锁紧螺栓，通过锁紧螺栓的 头部顶住支撑杆锁紧第一伸缩杆和第二伸缩杆。
7. -种监测水工结构体渗漏的装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤： 第一步，准备普通单模裸光纤数根，基于第一渗流监测单元和第二渗流监测单元结构， 配备制作成数根定长度的监测光纤单元； 第二步，绕着左圆转环和右圆转环将左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右 下外圆护壁打开，将监测光纤单元安置到凹凸型载纤腔内，然后旋动左圆转环和右圆转环 将左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁合拢，利用上载纤扣和下载 纤扣将两端分布的左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁扣合，后将 监测光纤单元缠绕到监测光纤单元滚轮上，运输至渗流待监测部位； 第三步，待将监测光纤单元运输至待测区域之后，旋开上载纤扣及下载纤扣，打开左上 外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁将监测光纤单元从凹凸型载纤腔 中取出，将一定长度的监测光纤单元放置到内壁设有渗漏网筛的第二载纤凹道中，将另一 段定长度的监测光纤单元放置到内壁设有渗漏网筛的第一载纤凹道内；通过左侧的下连轴 球和上连轴球将配置有下弧形连柄、下载纤弧端和上弧形连柄、上载纤弧端的第二载纤凹 道铰接于山形端梁的两端，同样步骤，通过右侧的连轴球和上连轴球将配置有下弧形连柄、 下载纤弧端和上弧形连柄、上载纤弧端的第二载纤凹道铰接于山形端梁的两端； 第四步，通过上端的左连球和右连球，将连接有左载纤端、左连柄和右载纤端、右连柄 的第一载纤凹道铰接到横梁支架，同样，通过下端的左连球和右连球，将连接有左载纤端、 左连柄和右载纤端、右连柄的第一载纤凹道铰接到横梁支架上，到此，各个渗流监测模块布 置结束，将所有渗流监测模块中的标定光纤和渗流测量光纤与信息收集装置连接； 第五步，打开信息收集装置，首先将标定光纤的信息进行收集，去除其中与均值差别较 大的光纤，且保留其温度变化较小的几根，将互校正处理之后的标定光纤作为最终的标定 光纤； 第六步，待渗流水体经过该区域时，通过上渗析棒和下渗析棒将渗流水体的热量直接 传递到渗流测量光纤处，实时记录其变化情况，与第五步的标定光纤进行比对分析，辨识该 处渗流状态，当水工结构物的渗流水体流过渗流监测模块时，第一监测光纤单元和第二监 测光纤单元内的第一载纤凹道和第二载纤凹道将流过的水体汇集，实时记录信息采集装置 采集到的数据，且将数据值与标定光纤值进行差值，将差值结果绘制成时程曲线，若时程曲 线变化较大，则该处即存在渗流水体，实现定位；通过上述同样方法，分析渗流监测模块中 不同方向布置的监测光纤单元的时程曲线，若某一方向上监测光纤的时程曲线波动较大， 则判定该方向上存在渗流水体，实现定向；进而，最终实现对水工结构物渗漏定位与定向监 测。
【文档编号】G01M3/04GK104515653SQ201410836922
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】苏怀智, 顾冲时, 杨孟 申请人:河海大学