一种土体含水率监测系统及方法与流程

本发明涉及土体监测，尤其是涉及一种土体含水率监测系统及方法。

背景技术：

1、土体水分的时空分布和动态变化是岩土工程监测领域的重点监测目标之一，其对地质灾害预警防治、环境生态保护等工作具有重要意义。目前，光纤传感监测技术由于其具有精度高、抗电磁干扰、耐高温、抗腐蚀等特点，被广泛应用于土体含水率的监测工作中。

2、在现有技术中，通常基于主动加热法与光纤布拉格光栅进行土体含水率的监测，以及基于主动加热法与分布式光纤测温技术进行土体含水率的监测。基于主动加热法与光纤布拉格光栅的土体含水率监测方法随着光的传输，入射光功率会不断衰减，随着土体深度的增加，光栅点接收的功率越来越小，从而限制了光栅传感器的串联数量，只能局限于浅表层土体的含水率监测；而基于主动加热法与分布式光纤测温技术的土体含水率监测方法受空间分辨率的限制，难以实现土体含水率的密集分布式精准监测。

技术实现思路

1、本发明提供一种土体含水率监测系统及方法，由于弱反射光纤光栅的反射率通常低于-30db，使得每个弱反射光纤光栅反射的光功率变化较小，且串扰信号功率较低，因此弱反射光纤光栅的串联数量不受限制，能够实现土体深部的含水率监测，此外，基于中心波长相同的弱反射光纤光栅之间接收反射光的时差能够定位各弱反射光纤光栅的位置，从而能够实现土体含水率的密集分布式精准监测。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例第一方面提供一种土体含水率监测系统，包括电源装置、监测装置和数据处理装置；

3、所述监测装置包括温度感测光缆、金属导头和引线光缆；所述温度感测光缆包括光缆本体和设于光缆本体内的若干中心波长相同的弱反射光纤光栅；所述温度感测光缆的一端与所述引线光缆的一端连接于所述金属导头内，所述引线光缆的另一端与所述电源装置的输出端连接，所述温度感测光缆的另一端具有第一输出端和第二输出端，所述第一输出端与所述电源装置的输入端连接，所述第二输出端与所述监测装置的输入端连接；

4、所述电源装置用于对所述温度感测光缆进行加热；

5、所述监测装置用于对待测土体内不同深度的温度进行检测，并将具有温度参数信息的光信号传输至所述数据处理装置；

6、所述数据处理装置用于根据所述光信号获取所述待测土体内不同深度的温度参数，并根据所述待测土体内不同深度的温度参数获取所述待测土体的含水率分布情况。

7、作为优选方案，所述光缆本体包括纤芯、铠管、金属编织层、金属加强件和保护套；

8、所述纤芯上间隔设置有若干所述弱反射光纤光栅；所述铠管套设于所述纤芯的外侧；所述金属编织层包裹于所述铠管的外侧；所述金属加强件设于所述金属编织层的外侧；所述保护套设于所述金属加强件的外侧。

9、作为优选方案，所述监测装置还包括金属绞线和金属固定件；

10、所述金属绞线的一端连接于所述金属导头上，所述金属绞线的另一端连接于所述金属固定件上；所述金属固定件搭设于预先在所述待测土体的表面开设的洞口处。

11、作为优选方案，所述监测装置还包括第一绝缘管、第二绝缘管和第三绝缘管；

12、所述引线光缆上位于所述洞口外的引线光缆段的外侧套设有所述第一绝缘管；

13、所述温度感测光缆具有位于所述洞口外的温度感测光缆段以及连接于所述温度感测光缆段上的跳线；所述温度感测光缆段的外侧和所述跳线的外侧分别设有所述第二绝缘管和所述第三绝缘管；

14、其中，所述温度感测光缆段的一端为所述第一输出端，所述跳线的一端为所述第二输出端。

15、作为优选方案，所述金属编织层为铜网编织层。

16、作为优选方案，所述金属加强件为钢丝加强件，所述钢丝加强件由间隔排布的若干条钢丝组成。

17、作为优选方案，所述金属绞线为钢绞线。

18、作为优选方案，所述第一绝缘管、所述第二绝缘管和所述第三绝缘管均为绝缘橡胶管。

19、作为优选方案，所述电源装置为直流稳压电源装置。

20、本发明实施例第二方面提供一种土体含水率监测方法，应用如第一方面任一项所述的土体含水率监测系统，包括如下步骤：

21、基于预先在待测土体的表面开设的洞口，控制监测装置从所述洞口下放至所述待测土体内的预设监测深度；

22、检测所述监测装置中的温度感测光缆与引线光缆是否形成通路；

23、当所述温度感测光缆与所述引线光缆形成通路时，启动电源装置，以通过所述电源装置对所述温度感测光缆进行加热；

24、当通过所述电源装置对所述温度感测光缆进行加热的时间达到预设加热时间时，通过所述监测装置对所述待测土体内不同深度的温度进行检测，并将具有温度参数信息的光信号传输至数据处理装置；

25、通过所述数据处理装置根据所述光信号获取所述待测土体内不同深度的温度参数，并根据所述待测土体内不同深度的温度参数获取所述待测土体的含水率分布情况。

26、相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于，由于弱反射光纤光栅的反射率通常低于-30db，使得每个弱反射光纤光栅反射的光功率变化较小，且串扰信号功率较低，因此弱反射光纤光栅的串联数量不受限制，能够实现土体深部的含水率监测，此外，基于中心波长相同的弱反射光纤光栅之间接收反射光的时差能够定位各弱反射光纤光栅的位置，从而能够实现土体含水率的密集分布式精准监测。

技术特征：

1.一种土体含水率监测系统，其特征在于，包括电源装置、监测装置和数据处理装置；

2.如权利要求1所述的土体含水率监测系统，其特征在于，所述光缆本体包括纤芯、铠管、金属编织层、金属加强件和保护套；

3.如权利要求1所述的土体含水率监测系统，其特征在于，所述监测装置还包括金属绞线和金属固定件；

4.如权利要求3所述的土体含水率监测系统，其特征在于，所述监测装置还包括第一绝缘管、第二绝缘管和第三绝缘管；

5.如权利要求2所述的土体含水率监测系统，其特征在于，所述金属编织层为铜网编织层。

6.如权利要求2所述的土体含水率监测系统，其特征在于，所述金属加强件为钢丝加强件，所述钢丝加强件由间隔排布的若干条钢丝组成。

7.如权利要求3所述的土体含水率监测系统，其特征在于，所述金属绞线为钢绞线。

8.如权利要求4所述的土体含水率监测系统，其特征在于，所述第一绝缘管、所述第二绝缘管和所述第三绝缘管均为绝缘橡胶管。

9.如权利要求1所述的土体含水率监测系统，其特征在于，所述电源装置为直流稳压电源装置。

10.一种土体含水率监测方法，应用如权利要求1至9任一项所述的土体含水率监测系统，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开一种土体含水率监测系统及方法，系统包括电源装置、监测装置和数据处理装置；监测装置包括温度感测光缆、金属导头和引线光缆；温度感测光缆包括光缆本体和设于光缆本体内的若干中心波长相同的弱反射光纤光栅；温度感测光缆的一端与引线光缆的一端连接于金属导头内，引线光缆的另一端与电源装置的输出端连接，温度感测光缆的另一端分别连接电源装置的输入端与监测装置的输入端；电源装置用于对温度感测光缆加热；监测装置用于检测待测土体内不同深度的温度并将具有温度参数信息的光信号传输至数据处理装置；数据处理装置用于根据光信号获取含水率分布情况。本发明能实现土体深部的含水率监测，并能实现土体含水率的密集分布式精准监测。

技术研发人员：程伟,刘伟,梁柱,张庆华,刘志方,李文龙,田仁珺,施斌,孙梦雅
受保护的技术使用者：广州市城市规划勘测设计研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15