一种将光纤埋入深钻竖孔的装置及安装方法与流程

本发明属于光纤测量技术领域，特别是涉及一种将光纤埋入深钻竖孔的装置及安装方法。

背景技术：

近年来随着光纤传感技术的发展，因为其抗电磁干扰、防水防潮、耐久性长、便于安装、灵敏度高，可实现远距离大范围面式监测及传输信号损耗小等优点，在工程结构以及土体变形监测中得到广泛应用。中国专利申请201611234216.x公开了一种将光纤置于管道内的安装装置及安装方法，它有效解决了光纤在监测管道渗漏应用时的安装问题，对光纤在竖向的安装工艺并未涉及。目前在实际工程将光纤放入钻孔中主要依靠将光纤固定在重物上，利用地球引力将重物缓慢下放到钻孔中，然后进行填土埋重物，光纤预拉，回填钻孔等操作。在这种方法中存在以下几点不足：一是钻孔孔径小，在光纤下放过程中遇到坍塌情况时光纤将很难被放入钻孔底部；二是如果钻孔较深时，重物在下放过程中容易发生晃动，不利于光纤平稳下放；三是重物填埋以后对光纤进行预拉时，重物很可能向上移动，导致监测结果不真实；四是此种方法消耗较大的人力和时间成本。

综上所述，如何克服现有技术的不足，已成为当今光纤测量技术领域中亟待解决的重点难题之一。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种将光纤埋入深钻竖孔的装置及安装方法，本发明能够简便、快速和有效的将光纤下埋到深钻竖孔中，以节省大量的时间和人力成本。

根据本发明提出的一种将光纤埋入深钻竖孔的装置，其特征在于，包括牵引单元、光纤装配单元和控制单元,所述牵引单元包括电动伸缩杆和锥头柱体，所述电动伸缩杆的内杆底部设有电磁继电器，所述锥头柱体的左侧和右侧各设有一排倒刺；所述光纤装配单元包括下滑轮、铁环、万向接头、钢丝、支架和上滑轮，所述下滑轮固定在铁环的顶端，所述铁环通过万向接头固定在锥头柱体的顶端右侧；所述控制单元包括插口、竖直螺杆、测量光纤、光纤螺杆、钢丝、钢丝螺杆、自动粘合机、自动切割机、电控无级变速马达和电脑，所述控制单元通过数据线与电脑（18）连接。

本发明的实现原理是：首先将测量光纤的a端依次绕过上滑轮与下滑轮后插进插口，启动电动伸缩杆与无级变速马达，使得电动伸缩杆与钢丝螺杆以速率v将整个装置缓慢下放，记录钢丝螺杆的转数r。当装置到达深钻孔的底部时，压力传感器发出指令，电动伸缩杆停止工作，同时自动粘合机将测量光纤与钢丝10cm固定在一起一次，光纤螺杆和竖直螺杆以速率v开始工作。若采用单端测量光纤，竖直螺杆、光纤螺杆和钢丝螺杆转过r转停止工作，同时自动粘合机和无级变速马达停止工作；若采用的双端测量光纤，竖直螺杆、光纤螺杆和钢丝螺杆转过r转停止工作，同时自动粘合机和无级变速马达停止工作。对深钻孔进行回填至锥头柱体顶面，然后对测量光纤进行预拉、固定。测量光纤预拉结束后，位移传感器发出指令，电磁继电器断电，将电动伸缩杆和锥头柱体分离，同时电动伸缩杆收回。自动切割机将钢丝和测量光纤剪断，将测量光纤连接到测量仪器并回填钻孔。

本发明与现有技术相比其显著优点在于：一是本发明可以精确控制光纤测量深度；二是本发明先将钻孔疏通后再将光纤下埋，减小对光纤的损伤；三是本发明能够阻止光纤预拉时装置发生位移；四是本发明能够克服钻孔发生坍塌等不利影响；五是本发明能够简便、快速和有效的将光纤下埋入到深钻孔中，节省了大量的时间和人力成本。

附图说明

图1是本发明提出的一种将光纤埋入深钻竖孔的装置的结构示意图。

图2是本发明提出的锥头柱体的结构示意图。

图3是本发明提出的电动伸缩杆的结构示意图。

图4是本发明提出的控制单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

结合图1，本发明提出的一种将光纤埋入深钻竖孔的装置，包括牵引单元、光纤装配单元和控制单元10,所述牵引单元包括电动伸缩杆17和锥头柱体1，所述电动伸缩杆16的内杆底部设有电磁继电器6，所述锥头柱体1的左侧和右侧各设有一排倒刺2；所述光纤装配单元包括下滑轮5、铁环4、万向接头3、钢丝7、支架9和上滑轮8，所述下滑轮5固定在铁环4的顶端，所述铁环4通过万向接头3固定在锥头柱体1的顶端右侧；所述控制单元10包括插口11、竖直螺杆12、测量光纤13、光纤螺杆20、钢丝7、钢丝螺杆21、自动粘合机14、自动切割机22、电控无级变速马达15和电脑18，所述控制单元10通过数据线17与电脑18连接。

本发明提出的一种将光纤埋入深钻竖孔的装置的进一步优选方案是：

本发明所述的锥头柱体1的顶端右侧设有万向接头3并固定有下滑轮5、底端设有压力传感器19，左侧边和右侧边各设有位移传感器23。

本发明所述的锥头柱体1通过电磁继电器6固定在电动伸缩杆17的内杆的底面。

本发明所述的电动伸缩杆16的材质为不锈钢空心杆；所述电动伸缩杆16中设有无线感应装置和无线发送装置。

根据本发明提出的一种将光纤埋入深钻竖孔的装置的安装方法，其特征在于，用于埋入测量深度大于100cm的深钻竖孔，包括如下具体步骤：

步骤1，将预留在控制系统10中的钢丝7一端沿着支撑杆9分别绕过上滑轮8、下滑轮5后沿着支撑杆9插进插口11；

步骤2，通过电脑18的控制软件发出指令信息，开启电动伸缩杆16和电控无级变速马达15，使得电动伸缩杆16和钢丝螺杆21以相同的速率v工作，将整个装置缓慢地下放至深钻竖孔的底部，记录钢丝螺杆21的下放距离为s米；

步骤3，当整个装置到达深钻竖孔的底部，锥头柱体1底端的压力传感器19发出指令信息，电动伸缩杆7停止工作，同时，自动粘合机14将钢丝7和测量光纤13每隔10cm固定一次，光纤螺杆20和竖直螺杆12以速率v开始工作，竖直螺杆12将钢丝7的另一端绕在竖直螺杆12上将钢丝7另一端向上拉；

步骤4，工况1：采用的测量光纤13是单端测量，光纤螺杆20和钢丝螺杆21将测量光纤13和钢丝7下放0.5s米后停止工作，同时竖直螺杆12、自动粘合机14和电控无级变速马达15停止工作；工况2：采用的测量光纤13是双端测量，光纤螺杆20和钢丝螺杆21将测量光纤13和钢丝7下放s米后停止工作，同时竖直螺杆12、自动粘合机14和电控无级变速马达15停止工作；

步骤5，深钻孔进行回填至锥头柱体1的顶面，然后对测量光纤13进行预拉、固定；

步骤6，测量光纤13预拉结束后，位移传感器23发出指令信息，电磁继电器6断电，将电动伸缩杆16和锥头柱体1分离，同时电动伸缩杆16收回；

步骤7，通过电脑18的控制软件发出指令信息，自动切割机22将钢丝（7）和测量光纤13剪断，将测量光纤13连接测量仪器并回填钻孔。

本发明提出的一种将光纤埋入深钻竖孔的装置的部件选择要求如下：

所述锥头柱体1的柱体两侧设有两排倒刺2，顶端右侧设有万向接头3并固定有下滑轮5，锥头底端设有压力传感器19，侧边设有位移传感器23。

所述锥头柱体1材质为不锈钢，长度为100cm-150cm。

所述锥头柱体1利用电磁继电器6固定在电动伸缩杆17的内杆的底面。

所述电动伸缩杆16由两节以上的不锈钢空心杆组成，每根杆体的长度为300cm-1000cm。

下面以本发明提出的一种将光纤埋入深钻竖孔的装置的安装方法为具体应用实施例，选择某一工程的钻孔深度为201m，需要监测土体变形深度为200m，采用双端测量光纤，具体实施步骤如下：

步骤1，将预留在控制系统10中的钢丝7一端沿着支撑杆9分别绕过上滑轮8、下滑轮5后沿着支撑杆9插进插口11。

步骤2，通过电脑18的控制软件发出指令信息，开启电动伸缩杆16和电控无级变速马达15，使得电动伸缩杆16和钢丝螺杆21均以10m/min的速率工作，将整个装置缓慢下放至深钻孔底部，记录钢丝7下放距离400m。

步骤3，当整个装置到达深钻孔底部，锥头柱体1底端的压力传感器19发出指令，电动伸缩杆7停止工作，同时，自动粘合机14将钢丝7和测量光纤13每隔10cm固定一次，光纤螺杆20和竖直螺杆12以10m/min的速率开始工作，竖直螺杆12将钢丝7的另一端绕在竖直螺杆12上将钢丝7另一端向上拉。

步骤4，光纤螺杆20和钢丝螺杆21将测量光纤13和钢丝7下放400m后停止工作，同时竖直螺杆12、自动粘合机14和电控无级变速马达15停止工作。

步骤5，深钻孔进行回填至锥头柱体的顶面，然后对测量光纤13进行预拉、固定。

步骤6，测量光纤13预拉结束后，位移传感器23发出指令信息，电磁继电器6断电，将电动伸缩杆16和锥头柱体1分离，同时电动伸缩杆16收回。

步骤7，通过电脑18的控制软件发出指令信息，自动切割机22将钢丝7和测量光纤13剪断，将测量光纤13与测量仪器连接并回填钻孔。

本发明的具体实施方式中凡未涉到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。

本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。

以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种将光纤埋入深钻竖孔的装置及安装方法的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。