專利名稱：智能土工裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種智能土工裝置，且更特定來說，涉及整合在土工合成織物中的多條光纖，其允許沿著所述光纖反射預定波長以便定位及定量測量所述光纖的變形，且因此在土木工程結構或可變形環(huán)境(例如土壤、軟土路堤及堤壩)中放置所述智能土工布光纖傳感裝置可獲得所述結構和環(huán)境的變形信息。
背景技術：
在堤壩、高速公路或鐵路線路的施工期間，要進行大量的土木工程施工以打好基礎。如果某些施工場地包括未知的自然或人造的洞室，那么在施工期間或在結構的使用期間可能會發(fā)生意外塌落。此外，如果在此施工之后進行任何操作之前沒有識別出未知的洞室，那么由于過載、滲水、干旱或震動可能導致嚴重的事故。為了避免發(fā)生意外事件，在土木工程施工之前必須完成系統(tǒng)測深過程。然而，此系統(tǒng)測深的花費比較高且不僅要在施工場地采取深入檢查還必須在施工場地附近采取深入檢查。由于持續(xù)陰雨和干旱，即使陸地上沒有洞室，在某些施工場地之下的土壤也可能遭受不均勻的沉降。在此情況之下陸地的變形可能要小于具有未知洞室的陸地的變形，但當考慮(例如)高速火車的安全時，所述情況證明是非常嚴重的。
為了使路堤變硬，及為了限制路堤塌落的風險，習慣做法是在土壤上或在路堤內(nèi)放置多片有紡或無紡土工合成織物。在此情況中，土工合成織物的線遭受相當大的力，這會導致織物延長或更嚴重的是使織物斷裂，因此使路堤坍塌。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種裝置，其包含在土木工程相關施工場地處用作變形監(jiān)測系統(tǒng)的至少一條光纖。所揭示的裝置能夠提供檢測發(fā)生變形的具體位置，且也能夠計算所述光纖發(fā)生變形處的延長量。當空間分辨率(即，在光纖上鄰近傳感點之間的間距)需要改進，或當需要增加測量的表面或區(qū)域時，前述的功能可通過以平行方式布置一條光纖或多條光纖而實現(xiàn)。更明確地說，光纖可整合在土工合成織物(其常規(guī)用于加強路堤)內(nèi)或土工合成織物上。下文是可執(zhí)行本實用新型的預定目的的實施例。按照本實用新型提供的一種智能土工裝置，包括至少一條光纖，且每一條光纖經(jīng)配置以允許傳播通過具有預定波長的光；其中所述至少一條光纖包括允許反射一個預定波長或多個預定波長的至少一個光纖布拉格光柵FBG。按照本實用新型提供的另一種智能土工裝置，包括以平行方式布置的至少兩條光纖，且每一條光纖經(jīng)配置以允許傳播通過具有預定波長的光；其中所述光纖中的一者包括允許反射預定波長的光纖布拉格光柵FBG，且其它光纖中的至少一者包括允許反射彼此不同的至少兩個波長的至少兩個不同的FBG。按照本實用新型提供的再一種智能土工裝置，其包括:至少一條光纖及光學系統(tǒng)。每一光纖經(jīng)配置以允許傳播通過具有預定波長的光；其中所述至少一條光纖包含允許反射一個預定波長或多個預定波長的至少一個光纖布拉格光柵FBG。所述光學系統(tǒng)包括光源，其經(jīng)配置以傳輸具有預定波長的所述光進入所述光纖；光譜分析儀，其能夠同時接收及分析從所述光纖反射的光；及處理器，其能夠定位所述光纖遭受變形的位置及能夠測量所述光纖發(fā)生變形處的延長量。按照本實用新型提供的又一種智能土工裝置，其包括以平行方式布置的至少兩條光纖及光學系統(tǒng)。每一條光纖經(jīng)配置以允許傳播通過具有預定波長的光；其中所述光纖中的一者包括允許反射預定波長的光纖布拉格光柵FBG，且其它光纖中的至少一者包括允許反射彼此不同的至少兩個波長的至少兩個不同的FBG。所述光學系統(tǒng)包括光源，其經(jīng)配置以傳輸具有預定波長的所述光進入所述光纖；光譜分析儀，其能夠同時接收及分析從所述光纖反射的光；及處理器，其能夠定位所述光纖遭受變形的位置及能夠測量所述光纖發(fā)生變形處的延長量。本發(fā)明的一個實施例提供一種智能土工裝置，其具有經(jīng)配置具有一個光纖布拉格光柵(FBG)或多個FBG的至少一條光纖。每一 FBG允許沿著光纖在特定傳感點反射具有預定波長的光。本實用新型的另一實施例提供一種智能土工裝置，其具有至少一條光纖及光學系統(tǒng)。所述光學系統(tǒng)具有經(jīng)配置以將具有特定帶寬的所述光傳輸?shù)剿龉饫w中的消偏振光源。所述光學系統(tǒng)也包括能夠同時接收及分析從所述光纖反射的光的光譜分析儀。所述光學系統(tǒng)也包含能夠將從各FBG反射的光轉換成波長數(shù)據(jù)的處理器，所述波長數(shù)據(jù)可接著進一步被轉換成工程數(shù)據(jù)以測量在光纖及土工合成織物遭受變形地點處光纖的延長量(即，形變)。根據(jù)在之前實施例中描述的限制，在本實用新型的另一實施例中光纖中的一者進一步包括至少一個傳感陣列，及每一傳感陣列包括N2個傳感群組，在每一傳感群組中具有至少一個FBG或多個FBG。每一傳感群組包括具有同一周期性的NI個連續(xù)及等距的FBG，及每一傳感陣列包括具有在每一傳感群組之間具有不同周期性的FBG的N2個傳感群組。NI是大于零的整數(shù)，及N2是等于或大于一的整數(shù)。另一光纖中的至少一者包括至少一個傳感陣列，且每一傳感陣列包括具有在每一傳感群組之間具有不同周期性的FBG的N2’個傳感群組，且每一傳感群組包括具有同一周期性的NI個連續(xù)并等距的FBG。N2’是等于或大于二的整數(shù)。根據(jù)在之前實施例中描述的限制，數(shù)目N2與數(shù)目N2’互質。根據(jù)在之前實施例中描述的限制，在光纖中的一者中的數(shù)目NI等于在其它光纖中的至少一者的一個傳感陣列中的FBG的數(shù)目。根據(jù)在之前實施例中描述的限制，所述光纖中的至少兩者包括同一布置的每一傳感群組，及所述光纖之間所述傳感群組的對準偏移預定距離。根據(jù)在之前實施例中描述的限制，位于所述光纖的一端的FBG包括最短周期性結構及位于所述光纖另一端的FBG包括最長周期性結構。根據(jù)在之前實施例中描述的限制，所述光纖以芯部及多層殼體結構為特征。所述芯部的內(nèi)部部分在預定帶寬內(nèi)對于所有的波長是透明的；及所述多層殼體能夠保護所述芯部免受剪力破壞、土壤中的侵蝕劑及腐蝕。[0020]根據(jù)在之前實施例中描述的限制，標準光纖中所述芯部的直徑通常是125 μ m，芯部直徑小于125 μ m的所述光纖可用于增加負荷靈敏度。但是可制作為更小用于要求較高負荷靈敏度的特定情況中。所述光纖的芯部直徑大于20 μ m,優(yōu)選地所述光纖的直徑是在從150 μ m到950 μ m的范圍內(nèi)。為了能更好地理解下文的具體實施方式
，前述已相當概括地概述了本實用新型的特征及技術優(yōu)勢。形成本實用新型的權利要求書的標的物的本實用新型的額外特征及優(yōu)勢將在下文中描述。所屬領域的技術人員應理解，所揭示的概念及特定實施例可易于用作用于修改或設計其它結構或設計其它工藝以實現(xiàn)與本實用新型同樣的目的的原理。所屬領域的技術人員也應認識到此些等效構造未脫離如在附加的權利要求書中所陳述的本實用新型的精神及范圍。

用下文描述且參考附圖來說明本實用新型的目的及優(yōu)勢，其中:圖1展示在一個實施例中描述的智能土工裝置的俯視圖；圖2展示在其它實施例中光纖的放大說明，詳細示出FBG在所述光纖上的布置；圖3展示在一個實施例中描述的兩個光纖之間的特定布置的示意性說明；圖4展示從圖3中展示的實施例產(chǎn)生的FBG反射光譜的功率對波長的圖；圖5展示在另一實施例中描述的兩個光纖之間的特定布置的示意性說明；圖6展示在又一實施例中描述的兩個光纖之間的特定布置的示意性說明；圖7是在實施例中的一者中的光纖的橫截面的示意圖；圖8是在一個實施例中描述的光學系統(tǒng)的配置的示意圖；及圖9是展示通過重心法(COG)確定FBG反射光譜的峰值波長的示意圖。
具體實施方式
為了達到在實用新型內(nèi)容中描述的預期效果，圖1展示本實用新型中所推薦的實施例中的一者的俯視圖。在圖1中，一個土工合成織物I與以大體上平行方式布置的(不限于)五條光纖Ia到Ie整合。至少一條光纖即可實現(xiàn)測量變形這個想要的目的，及所使用光纖的數(shù)目沒有特定的上限。土工合成織物I常規(guī)可為大約5.5米寬，及如果待加固的土木工程結構的直徑大于土工合成織物I的寬度，則多個土工合成織物I可彼此鄰近放置。選擇性地，多個土工合成織物I在待加固的結構中也可部分地重疊。光纖可通過適當編織或粘合而編織到土工合成織物I中或簡單地系于土工合成織物I的一側。優(yōu)選地，光纖Ia到Ie在土工合成織物I的生產(chǎn)期間插入，且它們應沿著織物的長度放置。在某一情況下，它們也可沿著織物的寬度放置。光纖Ia到Ie的一端連接到光學系統(tǒng)10。如在圖1中展示，光學系統(tǒng)10包括光源10a，其經(jīng)配置以傳輸具有預定波長的光進入光纖Ia到Id。在本實施例中，光源IOa是消偏振超發(fā)光二極管(SLED)。在測量穩(wěn)定性方面，消偏振光比偏振光優(yōu)選，以便使作用在FBG3上的橫向力的影響最小化。光學系統(tǒng)10的光譜分析儀(OSA) IOb經(jīng)配置以同時接收及分析從光纖Ia到Ie反射的光。舉例來說，在本實施例中的OSA經(jīng)配置以測量由FBG3反射的光的峰值波長。[0034]在一個實施例中，光纖Ia到Ie是(舉例來說)放置成相距I米。一旦土工合成織物I在土壤上是平坦放置且各FBG3間相距I米，那么FBG3的位置就形成方形網(wǎng)。此處值得強調的是，所述網(wǎng)不必以正方形的形式，任何構成網(wǎng)狀系統(tǒng)的布置是在本實用新型的范圍內(nèi)。然而為了不丟失局部變形的相關信息，所述網(wǎng)的節(jié)點之間的間距不應太寬。倘若出現(xiàn)偶然的小范圍塌落，為了具有足夠的分辨率以捕捉在某尺寸范圍內(nèi)的變形，應設計出節(jié)點的合理的經(jīng)計算的分布。圖2展示根據(jù)本實用新型的在其它實施例中的光纖2a到2c的放大圖。光纖2a包括僅允許反射預定波長的單個或多個等距的低反射FBG3。另一光纖2b具有兩部分(左部分及右部分)，及每一部分允許反射不同的波長。由于FBG的周期結構與所反射的布拉格波長成正比，因此光纖2b中左右兩部分的FBG3之間的差異是FBG折射率的周期性變化不同。在根據(jù)本實用新型的另一實施例中，基于反射的波長的組合信息，允許兩條平行的光纖2a及2b識別兩個不同的位置。如在圖2中展示，光纖2a僅反射1550nm的波長，及另一光纖2b具有反射1570nm的波長的左部分，及反射1580nm的波長的右部分。如果在施工中發(fā)生變形7，那么變形的位置可通過獲得接近1550nm峰值及1580nm峰值的波長的變化而確定，前提條件是1570nm波長未改變。展示在圖1中的光學系統(tǒng)10包含處理器10c，其能夠定位光纖遭受的變形7及能夠測量發(fā)生變形的光纖2a到2b的延長。通過使用外部數(shù)據(jù)采集單元或具有適當軟件的計算機，此波長數(shù)據(jù)可接著轉換為工程數(shù)據(jù)以形象化發(fā)生變形地點處的光纖的延長量(即，形變)以定位光纖及土工合成織物遭受的局部變形。圖2展示如在另一實施例中的光纖2c的放大圖。每一傳感陣列4包括N2個傳感群組(A、B或C)。在一個傳感群組(例如A)中的FBG3的周期性不同于在另一傳感群組(如B或C)中的FBG3的周期性。每一傳感群組包含具有同一周期性的NI個連續(xù)及等距的FBG3。用此設計，包含NI個連續(xù)的FBG3的傳感群組能夠反射單一波長，及包含N2個連續(xù)的傳感群組的傳感陣列4能夠反射N2個彼此不同的波長。如在圖2的光纖2c中展示，NI及N2兩者均等于三。返回參考圖1，N2個傳感群組及傳感陣列4的布置在光纖Ia到Ie中的至少兩者中不同。舉例來說，光纖Ia到Ie中的一者具有與另一光纖相同的數(shù)目NI，但是數(shù)目N2’(在一個傳感陣列中連續(xù)的傳感群組)與此另一光纖不同。在上文提及的兩條光纖中，至少一個FBG3應在每一傳感群組中呈現(xiàn)，及所述光纖中的一者必須包含至少一個傳感群組，而另一光纖必須包含至少兩個傳感群組。光纖的組合必須滿足以下目的一方面定位結構的變形7 (如在圖2中展示)，及另一方面測量發(fā)生變形的光纖的延長量。變形的位置可通過分析發(fā)生波長偏移的的光譜來確定，其中發(fā)生偏移的波長直接表明變形點。此光譜的波長偏移程度提供發(fā)生偏移的波長之間的關聯(lián)及有關的位置中的光纖的延長量。下文的實施例進一步解釋實現(xiàn)預定目的的不同布置。在另一實施例中，傳感群組在光纖3a及3b上的分布在圖3中說明。兩條光纖3a及3b各自包含僅一個傳感陣列，就是說，在每一光纖中沒有重復的傳感群組。光纖3a包含由指代為A到T等字母的二十個傳感群組，因此，將在沒有壓力情況下反射二十個預定的不同波長。光纖3b包含與光纖3a相同的順序模式，但光纖3a與3b之間的傳感群組的對準偏移預定距離“I”。為了進一步定義詞“對準”，可以考慮在光纖3a的傳感群組A中的第一 FBG與光纖3b的傳感群組A中的第一 FBG之間的移位I。由于指代為N的波長已偏移及光纖3b上的指代為M或者N的波長已偏移，因此當最接近30處發(fā)生變形時，從光纖3a的左邊起第十四個傳感群組將由光學系統(tǒng)10察覺出。實施例基本上增加對于沿著光纖的方向的變形的記錄的分辨率。因為在此設置下特定波長的光由于強反射而被耗盡不會引起問題，因此實施例也允許使用具有較高反射率的FBG。在本實用新型的一個實施例中，在圖3的光纖3a中的每一傳感群組包括一個FBG ；而在另一實施例中，多個FBG放置在每一傳感群組中。為了進一步限定如在圖3中展示的實施例，F(xiàn)BG的周期性可以按照長度的次序來布置。舉例來說，反射1518nm波長的具有最短周期性結構的光柵可定位在光纖3a的傳感群組A處，而反射1583nm波長的最長周期性結構的光柵可放置在光纖3a的傳感群組T處。為了提供另一實例，可布置光柵的周期性結構以從序列A到T連續(xù)增加。圖4展示從圖3中展示的光纖3a產(chǎn)生的FBG反射光譜的功率對波長的圖。指代為A到T的二十個峰值中的每一者對應于用此字符標明的每一傳感群組。在圖4中展示的峰值代表由傳感群組A到T中的FBG反射的布拉格波長，舉例來說，峰值A處于1518nm波長而峰值T處于1583nm波長。一旦發(fā)生變形，那么高峰噪比及窄帶寬促使對波長偏移的測量。根據(jù)另一實施例，傳感群組在光纖5a及5b上的布置在圖5中說明。在光纖5a中的傳感陣列4包括5個序列，其由5個字符A、B、C、D及E指代。如之前所描述的，每一字符對應于具有反射預定波長的同一周期性的低反射的FBG3。由于傳感陣列的重復，所述低反射的FBG在此實施例中是優(yōu)選的。再說具體點，如果應該由傳感群組A中的FBG反射的具有預定波長的光從光纖5a的左端注入，那么與傳感群組A中的FBG的多重交會將耗盡具有預定波長的所述光。就是說，如果在此實施例中使用高反射的FBG，那么將不會留下具有預定波長的所述光以交會傳感群組A中接近光纖5a右端的FBG。在圖5說明的實施例中，在光纖5a中允許反射五個不同的波長。以類似的方式，在光纖5b中的傳感陣列4包括4個傳感群組A、B、C及D。傳感群組的FBG的數(shù)目NI在光纖5a及5b中相等,而在傳感陣列4中的傳感群組的數(shù)目N2 (在光纖5a中)及N2’(在光纖5b中)彼此互質。在圖5中，光纖5a的N2等于五，及光纖5b的N2’等于四。應注意的是，沿著與光纖5a及5b整合的土工合成織物的長度，該兩條光纖均具有二十個傳感群組。如果最接近50處發(fā)生變形，由于在光纖5a上指代為D的波長已偏移，及在光纖5b上指代為B的波長已偏移，那么從左邊起第十四個序列將由光學系統(tǒng)10(見圖1)察覺出。兩個偏移波長的結合對應于土工合成織物上的特定位置。倘若多條光纖在土工合成織物內(nèi)或土工合成織物上整合，那么應用下文的實施例。如果兩個FBG3之間的間距為I米，及數(shù)目NI等于10，那么光柵的傳感群組因此延伸了 10米。在第一光纖包括每傳感陣列4七個傳感群組及可因此反射七個不同波長及第二光纖包括每傳感陣列4十個傳感群組的情況下，在所述第一及所述第二光纖中的傳感群組的數(shù)目(七和十)彼此互質。所述第一光纖的傳感陣列4因此延伸了 70米，而所述第二光纖的傳感陣列4延伸了 100米的長度。假定所述第一光纖及第二光纖在長度上相同，十個傳感陣列4及七個傳感陣列4將分別在所述第一光纖及第二光纖上呈現(xiàn)。所述兩條光纖一起能夠精確定位總長度超過700米的土木工程結構。另外，如果存在第三光纖，其中彼此相距一米的FBG3及10個連續(xù)的FBG在一個傳感群組中呈現(xiàn)，假定每一傳感陣列4包括三個傳感群組，在所述第三光纖中的傳感群組的數(shù)目(三)與在所述第一光纖及所述第二光纖中的傳感群組的數(shù)目互質。所述三條光纖一起可以精確定位長度2100米的結構中的變形。通常，變形的尺寸大約10米，其相當于一列10個FBG3的長度。此精確水平極佳地勝任土木工程結構的監(jiān)測。根據(jù)另一實施例，傳感群組在光纖6a及6b上的分布在圖6中說明，在光纖6a中的傳感群組的NI個FBG等于在光纖6b的一個傳感陣列4中的FBG的數(shù)目。在圖6中，光纖6a僅包括具有由A、B、C、D及E指代的五個傳感群組的一個傳感陣列4 ;而光纖6b包括五個傳感陣列4。如果最接近60處發(fā)生變形，由于指代為A的波長在光纖6b中已偏移，及在光纖6a上指代為D的波長也已偏移,那么從光纖6b左邊起的第十六個序列將由光學系統(tǒng)10察覺出。兩個偏移的波長的結合對應于土工合成織物上的特定位置。再一次，在本實施例中在光纖6b上傳感群組的每一位置可通過兩條信息精確識別，I)對應于在光纖6b上的此傳感群組的波長，及2)在光纖6a上鄰近傳感群組的波長。舉例來說，第一光纖包括10個傳感群組構成的傳感陣列，且每一傳感群組包括100個相距一米的相同的低反射FBG3。第二光纖包括每一組具有10個傳感群組的10個傳感陣列，及每一系列包括10個相距一米的相同的低反射FBG3。這兩條光纖一起能夠提供長度為I千米的結構中的變形的準確位置。在本實用新型中描述的光纖優(yōu)選包含用于防護免受剪力破壞、堿性環(huán)境的影響(例如水與碳酸鈣溶解)或其它腐蝕劑的外皮。圖7展示光纖的橫截面圖，其中二氧化硅芯部21是由防護外皮22圍繞。二氧化硅芯部21的外部部分(遠離芯部中心)具有較低折射率，以致光不進入此外部部分，而是僅在二氧化硅芯部21的內(nèi)部部分中傳播。外皮22優(yōu)選為多層殼體的結構，其至少包括主要涂層、二氧化硅層及熱塑性彈性體緩沖層。在一個實施例中，二氧化硅芯部21d的直徑大約為125 μ m,芯部及多層殼體結構22d的直徑大約為900 μ m0芯部及多層殼體結構的尺寸可就在土工合成織物內(nèi)的實施而調整?？蓤?zhí)行所述調整以增加傳感的負荷靈敏度，舉例來說，當僅期待小的負荷及需要監(jiān)視非常小的變形時。在本實用新型的一個實施例中，當芯部直徑2Id從125 μ m降低到80 μ m時，負荷靈敏度增加
2.3 倍。在本文一些實施例中描述的FBG是布拉格光柵。然而，本實用新型的范圍不限制折射率周期性變化結構是二維的。包括三維折射率周期性變化的其它結構，例如，微結構光纖或光子晶體光纖也涵蓋在本實用新型的范圍內(nèi)。本實用新型也揭示一種智能土工裝置，其包括前述的智能土工合成織物，及提供光到光纖及分析由FBG反射的信號的光學系統(tǒng)。圖8是光學系統(tǒng)10的配置的示意圖。光源IOa安置成與光纖連接。在一個實施例中，光源IOa可為消偏振超發(fā)光二極管(SLED)。消偏振光源比偏振光源優(yōu)選以便使由作用在布拉格光柵上的橫向力引起的對測量穩(wěn)定性的影響最小化。光學系統(tǒng)10的光譜分析儀(OSA) IOb經(jīng)配置以同時接收及分析從光纖反射的光。舉例來說，在本實施例中的OSA經(jīng)配置以測量由布拉格光柵反射的光的峰值波長。在一個特定實施例中，峰值波長的確定是通過重心(COG)法來判定。COG可應用在所有光譜測量上，包括具有類似折射率周期性變化結構的多個FBG形成的嚴重峰值波長偏移及重疊的光譜。這是個強大的工具，其可以用例如Labview、C++、C#等編程語言實施，或用例如Matlab, Mathcad及Origin等分析后處理程序來實施，以確定波長的中心峰值，以將整體波長偏移考慮進去。圖9中的光譜的COG波長，或中心波長根據(jù)下面等式計算出，
權利要求1.一種智能土工裝置，其包括: 至少一條光纖，且每一條光纖經(jīng)配置以允許傳播通過具有預定波長的光； 其中所述至少一條光纖包括允許反射一個預定波長或多個預定波長的至少一個光纖布拉格光柵FBG。
2.一種智能土工裝置，其包括: 以平行方式布置的至少兩條光纖，且每一條光纖經(jīng)配置以允許傳播通過具有預定波長的光； 其中所述光纖中的一者包括允 許反射預定波長的光纖布拉格光柵FBG,且 其它光纖中的至少一者包括允許反射彼此不同的至少兩個波長的至少兩個不同的FBG。
3.根據(jù)權利要求2所述的智能土工裝置，其中 所述光纖中的一者包括至少一個傳感陣列，且每一傳感陣列包括具有在每一傳感群組之間有不同的周期性的FBG的N2個傳感群組，且每一傳感群組包括具有同一周期性的NI個連續(xù)及等距的FBG;且 所述其它光纖中的至少一者包括至少一個傳感陣列，且每一傳感陣列包括具有在每一傳感群組之間具有不同的周期性的FBG的N2’個傳感群組，且每一傳感群組包含具有同一周期性的NI個連續(xù)及等距的FBG ； 其中NI是大于零的整數(shù)，N2是等于或大于一的整數(shù)，及N2’是等于或大于二的整數(shù)。
4.根據(jù)權利要求3所述的智能土工裝置，其中所述數(shù)目N2與所述數(shù)目N2’互質。
5.根據(jù)權利要求3所述的智能土工裝置，其中在所述光纖中的一者中的數(shù)目NI等于在所述其它光纖中的至少一者的一個傳感陣列中的FBG的數(shù)目。
6.根據(jù)權利要求3所述的智能土工裝置，其中所述光纖中的至少兩者包括同一布置的傳感群組，及在所述光纖之間的所述傳感群組的對準偏移預定距離。
7.根據(jù)權利要求6所述的智能土工裝置，其中位于所述光纖的一端的所述FBG包括最短周期性結構及位于所述光纖的另一端的所述FBG包括最長周期性結構。
8.根據(jù)權利要求1所述的智能土工裝置，其中所述光纖以芯部及多層殼體結構為特征，所述芯部的內(nèi)部部分對于所述預定波長是透明的；且所述多層殼體能夠保護所述芯部免受剪切破壞、土壤中的侵蝕劑及腐蝕。
9.根據(jù)權利要求8所述的智能土工裝置，其中所述光纖芯部的直徑大于20μ m,且所述光纖的直徑是在從150 μ m到950 μ m的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權利要求9所述的智能土工裝置，其中芯部直徑小于125μ m的所述光纖可用于增加負荷靈敏度。
11.一種智能土工裝置，其包括: 至少一條光纖，及每一光纖經(jīng)配置以允許傳播通過具有預定波長的光；其中所述至少一條光纖包含允許反射一個預定波長或多個預定波長的至少一個光纖布拉格光柵FBG ;及光學系統(tǒng)，其包括: 光源，其經(jīng)配置以傳輸具有預定波長的所述光進入所述光纖； 光譜分析儀，其能夠同時接收及分析從所述光纖反射的光；及 處理器，其能夠定位所述光纖遭受變形的位置及能夠測量所述光纖發(fā)生變形處的延長量。
12.—種智能土工裝置，其包括: 以平行方式布置的至少兩條光纖，且每一條光纖經(jīng)配置以允許傳播通過具有預定波長的光；其中所述光纖中的一者包括允許反射預定波長的光纖布拉格光柵FBG，及其它光纖中的至少一者包括允許反射彼此不同的至少兩個波長的至少兩個不同的FBG ;及光學系統(tǒng)，其包括: 光源，其經(jīng)配置以傳輸具有預定波長的所述光進入所述光纖； 光譜分析儀，其能夠同時接收及分析從所述光纖反射的光；及 處理器，其能夠定位所述光纖遭受變形的位置及能夠測量所述光纖發(fā)生變形處的延長量。
13.根據(jù)權利要求12所述的智能土工裝置，其中 所述光纖中的一者包括至少一個傳感陣列，且每一傳感陣列包括具有在每一傳感群組之間有不同的周期性的光纖布拉格光柵FBG的N2個傳感群組，且每一傳感群組包括具有同一周期性的NI個連續(xù)及等距 的FBG ;且 所述其它光纖中的至少一者包括至少一個傳感陣列，及每一傳感陣列包括具有在每一傳感群組之間具有不同的周期性的FBG的N2’個傳感群組，且每一傳感群組包含具有同一周期性的NI個連續(xù)及等距的FBG ； 其中NI是大于零的整數(shù)，N2是等于或大于一的整數(shù)，及N2’是等于或大于二的整數(shù)。
14.根據(jù)權利要求13所述的智能土工裝置，其中所述數(shù)目N2與所述數(shù)目N2’互質。
15.根據(jù)權利要求13所述的智能土工裝置，其中在所述光纖中的一者中的數(shù)目NI等于在所述其它光纖中的至少一者的一個傳感陣列中的FBG的數(shù)目。
16.根據(jù)權利要求13所述的智能土工裝置，其中所述光纖的至少兩者包括同一布置的傳感群組，及在所述光纖之間的所述傳感群組的對準偏移預定距離。
17.根據(jù)權利要求16所述的智能土工裝置，其中位于所述光纖的一端的所述FBG包括最短周期性結構及位于所述光纖的另一端的所述FBG包括最長周期性結構。
18.根據(jù)權利要求12所述的智能土工裝置，其中所述光纖以芯部及多層殼體結構為特征，所述芯部的內(nèi)部部分對于所述預定波長是透明的；及所述多層殼體能夠保護所述芯部免受剪力破壞、土壤中的侵蝕劑及腐蝕。
19.根據(jù)權利要求18所述的智能土工裝置，其中所述光纖的芯部直徑大于20μ m,且所述光纖的直徑是在從150 μ m到950 μ m的范圍內(nèi)。
20.根據(jù)權利要求19所述的智能土工裝置，其中芯部直徑小于125μ m的所述光纖可用于增加負荷靈敏度。
21.根據(jù)權利要求21所述的智能土工裝置，其中所述光學系統(tǒng)進一步包括: 數(shù)據(jù)存儲構件； 顯示器，其經(jīng)配置以顯示發(fā)生變形的位置及所述光纖變形處的延長量；及 報警器，其經(jīng)配置以當達到預定變形值時發(fā)出報警信號。
專利摘要本實用新型涉及一種用于定位監(jiān)測和測量土木工程結構中的變形的智能上工裝置。上述效果可通過以平行方式布置至少一條光纖或多條光纖而達成。所描述的智能土工裝置包含在土工合成織物內(nèi)平行布置的至少一條光纖或多條光纖，且每一條光纖經(jīng)配置以允許傳播通過具有預定波長的光。所述光纖中包括允許反射預定波長的至少一個光纖布拉格光柵FBG。
文檔編號G01B11/16GK202915891SQ20122031375
公開日2013年5月1日 申請日期2012年6月28日 優(yōu)先權日2012年6月28日
發(fā)明者馬克·R·H·富特, E·J·J·富特 申請人:智能土工織物有限公司