一种铰接定点式光纤传感变形测量装置的制作方法

本技术涉及土石坝变形监测设备，具体涉及用于高坝水库内部变形测试的铰接定点式光纤传感变形测量装置。

背景技术：

1、传统土石坝内部变形监测技术采用水管式沉降计测量堆石体沉降变形，采用引张线水平位移计测量堆石体内部水平位移。近年来，高面板堆石坝已从100 m发展到300 m级，传统土石坝内部变形监测的不足越来越显现。水管式沉降计在安装和调试工作中存在整体坡降法埋设管路沟槽施工难度大、测量充水容易而排水难等特点，当监测管路长度超过300m后，水管式沉降仪液位平衡时间变长，测管气阻误差增大，沉降仪出现读数突变等问题。引张线水平位移计的铟钢丝适用于100 m级土石坝，坝高大幅增加导致铟钢丝支撑点数量及其自重增加，铟钢丝徐变和摩擦阻力增加造成的变形测试误差显著，大坝内部测量精度和合理性有待商榷。可见，传统堆石坝内部变形沉降监测仪器的适应性受到坝高限制，难以满足300 m级高坝的内部变形监测需求。传统的测斜仪水平位移监测法在高坝工程的变形监测中，由于无法适应坝体内部的局部大变形而导致测管失效的情况屡见不鲜。

2、分布式光纤感测技术具有传统点式、电测类监测技术无法比拟的优势。由于石英光纤的应变可测范围一般小于±1.5%，用于结构、复合材料的变形监测基本可以满足要求，但无法满足岩土大变形监测需求。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是为了测量土石坝内部可能发生的较大隆起、沉降变形，而提供一种铰接定点式光纤传感变形测量装置。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案实现：

3、一种铰接定点式光纤传感变形测量装置，包括多个大小形状都相同的铰链板，每个铰链板首尾依次铰接在一起，且每个铰链板都在同一个平面发生转动，多个铰链板分别命名为第i-1段铰链板、第i段铰链板、第i+1段铰链板…，i为大于1的正整数；

4、铰链板的两侧各设置有一根处于拉伸状态的光纤，分别命名为光纤一和光纤二，光纤一位于铰接板的正面，光纤二位于铰接板的背面，光纤一的最左端被锚固在第i-1段铰链板，光纤一的另一端依次被锚固在第i段铰链板、第i+1段铰链板…，且两根光纤在每个铰链板上空间交叉，两根光纤在每个铰链板上的锚固点相对该铰链板高度方向中心线对称；

5、光纤在一个铰链板的锚固点与该铰链板的右端铰接点之间的连线a，该铰接点和与之连接的铰链板上该光纤的下一个锚固点之间连线b，连线a与连线b的夹角为a角，该a角在铰链板转动过程中始终小于180°，即光纤不会越过铰接点。

6、在实际土石坝建筑工程中，大坝逐级填筑，光纤分布全长内的同一监测横断面的坝料并非均质，测试工况错综复杂，光缆与坝料之间很难做到在全过程、全长度的完全耦合，本申请在光纤分布全长内，将光纤分成多段进行分段测量，两段光纤分别定点定长固定于铰链板的两侧，空间上呈交叉状，可将结构物的挠度转换为对应区段光纤的拉伸量，能组成准分布式的位移监测网络，延拓光纤变形测试的上限。

7、优选地，铰链板包括水平设置的底板和竖直设置的腹板，腹板包括矩形板和位于矩形板两端的端板，两个端板都为大小相同的三角形结构，位于矩形板左端的命名为端板一，位于矩形板右端的命名为端板二，两个端板和矩形板连接形成整体呈六边形的腹板；

8、矩形板垂直连接在底板上，矩形板和底板的长度相等，两端的端板均伸出底板，铰链板整体呈倒t形结构，两个端板的厚度较矩形板薄，从腹板的上方向下俯视看，腹板的上端面呈z字形；

9、端板的顶角处开设有铰接孔，相邻两个铰链板的端板在铰接孔处搭接，并通过销钉转动连接在一起，端板的两条斜边分别与矩形板的上、下底边各形成一个夹角，其中左端的两个夹角分别命名为夹角b和夹角c，夹角b和夹角c处为光纤的锚固点。

10、将多个倒t形的铰链板相互铰接后，在填筑过程中，将底板平放于填筑土料上，整个铰链板水平平行于地面铺设，测量装置的左端固定于观测房墙壁上，光纤左端伸出墙壁连接在测量光纤伸缩量的解调仪器上。

11、进一步地，光纤一的最左端被锚固在第i-1段铰链板的夹角c处，光纤一的另一端依次被锚固在第i段铰链板的夹角b处、第i+1段铰链板的夹角c处，光纤二的最左端被锚固在第i-1段铰链板的夹角b处，光纤二的另一端依次被锚固在第i段铰链板的夹角c处、第i+1段铰链板的夹角b处，依次类推。

12、作为优选，光纤通过圆形卡槽锚固，在夹角b和夹角c处的腹板上各开设有两个锚固孔，两个锚固孔与圆形卡槽的安装孔对应匹配开设，通过在圆形卡槽的安装孔和腹板的锚固孔中拧设螺栓，将光纤固定在圆形卡槽中。

13、本实用新型的有益效果：

14、本实用新型采用变形转换法，将土石坝内部填料大变形分段转换为光纤传感器所能感测的小变形，在土石坝堆砌过程中，沿大坝高度铺设多层测量装置，将局部填料的大变形转换为一定长度传感光缆的平均应变，从而扩大应变测试量程。

技术特征：

1.一种铰接定点式光纤传感变形测量装置，其特征在于，包括多个大小形状都相同的铰链板，每个铰链板首尾依次铰接在一起，且每个铰链板都在同一个平面发生转动，多个铰链板分别命名为第i-1段铰链板、第i段铰链板、第i+1段铰链板…，i为大于1的正整数；

2.根据权利要求1所述的一种铰接定点式光纤传感变形测量装置，其特征在于，铰链板包括水平设置的底板和竖直设置的腹板，腹板包括矩形板和位于矩形板两端的端板，两个端板都为大小相同的三角形结构，位于矩形板左端的命名为端板一，位于矩形板右端的命名为端板二，两个端板和矩形板连接形成整体呈六边形的腹板；

3.根据权利要求2所述的一种铰接定点式光纤传感变形测量装置，其特征在于，光纤一的最左端被锚固在第i-1段铰链板的夹角c处，光纤一的另一端依次被锚固在第i段铰链板的夹角b处、第i+1段铰链板的夹角c处，光纤二的最左端被锚固在第i-1段铰链板的夹角b处，光纤二的另一端依次被锚固在第i段铰链板的夹角c处、第i+1段铰链板的夹角b处，依次类推。

4.根据权利要求2所述的一种铰接定点式光纤传感变形测量装置，其特征在于，光纤通过圆形卡槽锚固，在夹角b和夹角c处的腹板上各开设有两个锚固孔，两个锚固孔与圆形卡槽的安装孔对应匹配开设，通过在圆形卡槽的安装孔和腹板的锚固孔中拧设螺栓，将光纤固定在圆形卡槽中。

技术总结
本技术公开了一种铰接定点式光纤传感变形测量装置，包括多个大小形状都相同的铰链板，每个铰链板首尾依次铰接在一起，且每个铰链板都在同一个平面发生转动，铰链板的两侧各设置有一根处于拉伸状态的光纤，两根光纤在每个铰链板上空间交叉，两根光纤在每个铰链板上的锚固点相对该铰链板高度方向中心线对称；在铰链板转动过程中光纤不会越过铰接点。本技术采用变形转换法，将土石坝内部填料大变形分段转换为光纤传感器所能感测的小变形，在土石坝堆砌过程中，沿大坝高度铺设多层测量装置，将局部填料的大变形转换为一定长度传感光缆的平均应变，从而扩大应变测试量程。

技术研发人员：吴哲辉,何宁,何斌,汪璋淳,姜彦彬,许滨华,张中流,孔洋,周彦章,张桂荣,钱亚俊,李登华
受保护的技术使用者：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
技术研发日：20230718
技术公布日：2024/2/1