土体沉降传感器及土体沉降监测系统的制作方法

本发明涉及土体监测技术领域，具体而言，涉及一种土体沉降传感器及土体沉降监测系统。

背景技术：

现有沉降监测一般为全站仪监测，静力水准仪监测。

全站仪的监测需要人工逐点监测，耗时耗力，不能实时监测，且监测精度与人员操作有关，测量误差大。静力水准仪可以实现实时监测，不过静力水准仪使用连通器，使得静力水准仪较大，各监测点之间需要水管联通，安装不便；且传统静力水准仪采用电磁式监测，在电磁干扰下监测误差较大。

现有技术中的一种监测土体沉降的传感器相比于人工逐点监测和静力水准仪监测节省了人力物力，还提高了监测精度。但是，在对土体进行分层监测时，需要将多个传感器一个一个分别埋进土体的不同层段内，预埋工作量较大。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种土体沉降传感器及土体沉降监测系统，以解决现有技术中对土体进行分层监测时传感器的预埋工作量大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种土体沉降传感器，包括：多个沉降管，沉降管的两端设置有连接结构，相邻两个沉降管通过连接结构连接；多个沉降环，各沉降管的外侧套设有一个沉降环；多个光纤光栅监测部，各沉降管内设置有一个光纤光栅监测部，光纤光栅监测部与沉降环连接。

进一步地，连接结构为设置在沉降管两端的螺纹结构，相邻两个沉降管通过螺纹结构螺纹连接。

进一步地，沉降管的第一端的内壁设置有内螺纹，沉降管的第二端设置有凸起部，凸起部的外周设置有外螺纹，一个沉降管的凸起部嵌设在另一个沉降管内壁处并螺纹连接。

进一步地，土体沉降传感器还包括保护盖，保护盖盖设在沉降管的第二端以遮挡凸起部。

进一步地，凸起部具有第一过线孔，保护盖具有第二过线孔，光纤光栅监测部的光纤通过第一过线孔和第二过线孔向外引出。

进一步地，保护盖的内侧设置有内螺纹，凸起部与保护盖螺纹连接。

进一步地，连接结构为设置在沉降管两端的卡接件，相邻两个沉降管通过卡接件卡接。

进一步地，土体沉降传感器还包括：连接杆，连接杆的第一端与沉降管螺纹连接；灌浆锚头，灌浆锚头设置在连接杆的第二端。

进一步地，沉降管的管壁具有竖直延伸的滑移长孔，滑移长孔为两个，两个滑移长孔沿沉降管的轴向平面对称设置在沉降管的两侧，土体沉降传感器还包括：滑移杆，滑移杆穿设在滑移长孔处，且滑移杆的两端均与沉降环连接；用于防止土体进入沉降管内的防护板，防护板遮挡滑移长孔并与滑移杆连接，且防护板随滑移杆的移动而移动。

进一步地，防护板贴合在沉降管的内壁上。

进一步地，各光纤光栅监测部包括：悬臂梁，悬臂梁的第一端与沉降管连接；两个光纤光栅，两个光纤光栅分别设置在悬臂梁的上下两侧；弹簧，弹簧的第一端与悬臂梁的第二端连接，弹簧的第二端与滑移杆连接；光纤，光纤与光纤光栅连接。

根据本发明的另一个方面，提供了一种土体沉降监测系统，包括上述的土体沉降传感器。

应用本发明的技术方案，当需要对土体进行分层监测时，先将多个沉降管通过连接结构进行连接，再将连接好的多个沉降管一同预埋进土体内，当不同层段的土体发生沉降时，各沉降管上的沉降环会随着土体沉降，通过光纤光栅监测部监测与其连接的沉降环的沉降量实现对土体沉降的监测。通过多个沉降管串联连接可以实现同时监测土体不同深度的土体沉降变化情况，与现有技术中需要逐层预埋传感器相比，减少了预埋工作量，提高了工作效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的一个实施例中土体沉降传感器的沉降管、沉降环和光纤光栅监测部的连接关系示意图；

图2示出了本发明的一个实施例中土体沉降传感器的连接杆与灌浆锚头的结构示意图；

图3示出了本发明的一个实施例中土体沉降传感器的保护盖的结构示意图；

图4示出了图1中的土体沉降传感器的一个角度的剖视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、沉降管；11、凸起部；12、滑移长孔；20、连接结构；30、沉降环；40、光纤光栅监测部；41、光纤；42、悬臂梁；43、光纤光栅；44、弹簧；50、保护盖；51、第二过线孔；60、连接杆；70、灌浆锚头；80、滑移杆；90、防护板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“左、右”通常是针对附图所示的左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决技术中监测土体沉降时要在土体的不同层段内埋进传感器导致预埋工作量大的问题，本发明提供了一种土体沉降传感器和土体沉降监测系统。

实施例一

如图1所示，该土体沉降传感器包括多个沉降管10、多个沉降环30和多个光纤光栅监测部40。其中，沉降管10的两端设置有连接结构20，相邻两个沉降管10通过连接结构20连接；各沉降管10的外侧套设有一个沉降环30，各沉降管10内设置有一个光纤光栅监测部40，光纤光栅监测部40与沉降环30连接。

当需要对土体进行分层监测时，先将多个沉降管10通过连接结构20进行连接，再将连接好的多个沉降管10一同预埋进土体内，当不同层段的土体发生沉降时，各沉降管10上的沉降环30会随着土体沉降，通过光纤光栅监测部40监测与其连接的沉降环30的沉降量实现对土体沉降的监测。

通过多个沉降管10串联连接可以实现同时监测土体不同深度的土体沉降变化情况，与现有技术中需要逐层预埋传感器相比，减少了预埋工作量，提高了工作效率。

因而，使用具有该土体沉降传感器的土体沉降监测系统监测土体沉降变化时，可以节省土体沉降传感器的预埋时间，提高工作效率。

如图1所示，连接结构20为设置在沉降管10两端的螺纹结构，相邻两个沉降管10通过螺纹结构螺纹连接。螺纹连接方便相邻两个沉降管10的连接或拆卸。可选的，两个沉降管10进行连接时，可在连接处增加防松垫圈以提高连接的可靠性。

具体而言，沉降管10的第一端的内壁设置有内螺纹，沉降管10的第二端设置有凸起部11，凸起部11的外周设置有外螺纹，一个沉降管10的凸起部11嵌设在另一个沉降管10内壁处并螺纹连接。这样，就可以根据监测需要连接多个沉降管10。

如图3所示，土体沉降传感器还包括保护盖50，保护盖50盖设在沉降管10的第二端以遮挡凸起部11。当沉降管10的连接个数满足土体分层监测的要求后，将保护盖50遮盖住最上端的沉降管10的凸起部11，以避免泥浆或其他杂物进入沉降管10内。

本发明中的光纤光栅监测部40监测到土体的沉降变化后需要将变化信号传递到外部的监测装置以便于工作人员查看。

在本实施例中，为了实现信号的传递，凸起部11具有第一过线孔，保护盖50具有第二过线孔51，光纤光栅监测部40的光纤41通过第一过线孔和第二过线孔51向外引出。引出的光纤41通过与监测装置连接，监测装置就能接收到光纤光栅监测部40的监测信号。

在保护盖50的内侧设置有与凸起部11上的外螺纹相配合的内螺纹，凸起部11与保护盖50螺纹连接。同样的，为了确保螺纹连接的可靠性，在连接处可设置防松垫圈。

如图1所示，土体沉降传感器还包括连接杆60和灌浆锚头70。其中，连接杆60的第一端与沉降管10螺纹连接，灌浆锚头70设置在连接杆60的第二端。

如图2所示，多个沉降管10连接时，连接杆60与最下端的沉降管10连接，灌浆锚头70设置在连接杆60的背离沉降管10的一端。在土体中预埋土体沉降传感器时，先在软基沉降监测点处进行钻孔，钻孔的深度应穿过整个监测的软基底层。钻孔打好之后，下放土体沉降传感器，使灌浆锚头70顶住硬底层，再注浆，对土体沉降传感器预埋在土体中。

由于灌浆锚头70顶住硬底层，与灌浆锚头70连接的多个沉降管10不受软基底层的沉降影响，软基底层的沉降变化通过沉降环30在沉降管10上的位置的改变而反映出来。光纤光栅监测部40监测到的沉降环30在沉降管10上的位置的改变就是软基底层的绝对沉降的变化。

如图1所示，沉降管10的管壁具有竖直延伸的滑移长孔12，滑移长孔12为两个，两个滑移长孔12沿沉降管10的轴向平面对称设置在沉降管10的两侧。土体沉降传感器还包括滑移杆80和防护板90。滑移杆80穿设在滑移长孔12处，且滑移杆80的两端均与沉降环30连接；防护板90遮挡滑移长孔12并与滑移杆80连接，以防止泥浆从滑移长孔12进入沉降管10内。并且，防护板90随滑移杆80的移动而移动。

具体而言，滑移杆80与光纤光栅监测部40的弹簧44连接，当土体有沉降变化时，套设在沉降管10外部的沉降环30在沉降管10上的位置发生变化，沉降环30沿沉降管10的长度方向进行移动，从而带动与其连接的滑移杆80移动，光纤光栅监测部40监测到的滑移杆80的位置变化就是土体沉降变化。可选的，滑移长孔12的长度可根据土体沉降量的变化范围进行调整。滑移杆80横向穿过防护板90并且位于防护板90的中间位置处，并且防护板90的长度不小于滑移长孔12的长度，以确保滑移杆80移动到极限位置时防护板90都能遮挡住滑移长孔12。

可选的，防护板90贴合在沉降管10的内壁上。当沉降管10为圆柱形时，防护板90可为弧形板，在本实施例中，如图4所示，防护板为与沉降管10同轴的圆筒。这样，可使防护板90贴合沉降管10的内壁防止以防止泥浆从滑移长孔12进入沉降管10内。

如图1所示，各光纤光栅监测部40包括悬臂梁42、两个光纤光栅43、弹簧44和光纤41。悬臂梁42的第一端与沉降管10连接；两个光纤光栅43分别设置在悬臂梁42的上下两侧；弹簧44的第一端与悬臂梁42的第二端连接，弹簧44的第二端与滑移杆80连接；光纤41与光纤光栅43连接。弹簧44在沉降环30与滑移杆80的重力下拉伸，悬臂梁42受到弹簧44的拉力作用朝下弯曲，此时，两个光纤光栅43受到外力作用。当土体发生沉降变化使得滑移杆80在沉降管10移动，弹簧44的形变量发生改变，进而使与弹簧44连接的悬臂梁42的弯曲量改变，两个光纤光栅43所受的外力发生变化而引起波长漂移，光纤41将各光纤光栅43的波长漂移信号反馈到监测装置，工作人员通过监测装置接收到的信号的变化就能知道土体的沉降变化。

需要注意的是，由于引起光栅波长漂移的因素除了力的变化还有温度的变化，在悬臂梁42的上、下两侧各设置一个光纤光栅43，可以消除温度变化对光栅波长的影响。

实施例二

与实施例一的区别在于，实施例二中的连接结构20为设置在沉降管10两端的卡接件，相邻两个沉降管10通过卡接件卡接。卡接件卡接也能起到便于两个沉降管10的连接与拆卸的作用。可选的，卡接件可为卡箍结构。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

通过多个沉降管10串联连接可以实现同时监测土体不同深度的土体沉降变化情况，与现有技术中需要逐层预埋传感器相比，减少了预埋工作量，提高了工作效率。

因而，使用具有该土体沉降传感器的土体沉降监测系统监测土体沉降变化时，可以节省土体沉降传感器的预埋时间，提高工作效率。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。