一種用于相似模擬的光纖傳感器鋪設(shè)裝置及鋪設(shè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及采礦工程相似材料物理模型實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及監(jiān)測(cè)模型應(yīng)力應(yīng)變的一種用于相似模擬的光纖傳感器鋪設(shè)裝置及鋪設(shè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式光纖傳感器是目前國(guó)內(nèi)外研宄熱點(diǎn)，測(cè)試用光纖的跨距可達(dá)幾十千米，分辨率高，誤差小。要獲得一個(gè)具有一定跨度范圍的整個(gè)溫度信息、應(yīng)力信息、應(yīng)變信息，使用傳統(tǒng)的單點(diǎn)移動(dòng)式或由多個(gè)單點(diǎn)組成的準(zhǔn)分布式傳感方式既耗時(shí)耗資又在布線上很困難，其性能價(jià)格比是很低的。而這時(shí)使用完全分布式傳感顯然是最有效的方法。這就要求介質(zhì)既要有高的靈敏度，又能有效地傳輸所感應(yīng)的信號(hào)。光導(dǎo)纖維就具有這種雙重特性，且它還有著抗電磁干擾、防燃、防爆、尺寸極小、對(duì)被測(cè)溫度場(chǎng)的影響小等其它介質(zhì)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
[0003]介于分布式光纖傳感器的這種優(yōu)越性，可以將其應(yīng)用到監(jiān)控煤礦開(kāi)采及巷道開(kāi)挖對(duì)圍巖的影響以及上覆巖層的變形，為了驗(yàn)證其可行性，需要采用相似物理模擬的研宄方法進(jìn)行驗(yàn)證。
[0004]實(shí)踐證明，分布式光纖傳感器可以用于監(jiān)測(cè)礦山開(kāi)采對(duì)圍巖的擾動(dòng)情況。但是，對(duì)于光纖上的光帶反向散射波長(zhǎng)的頻移變化同巖層的位移變化之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系還有待確定。由于光纖的埋設(shè)工藝將直接影響到這個(gè)關(guān)系的確定過(guò)程，因此如何解決傳感光纖在模型埋設(shè)工藝上的問(wèn)題，成為制約光纖傳感技術(shù)在礦山相似物理模型試驗(yàn)變形監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的首要冋題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，有效的解決在模型試驗(yàn)中因光纖鋪設(shè)不當(dāng)造成損壞及誤差，從而大大提高傳感光纖成活率高，使測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確的一種用于相似模擬的光纖傳感器鋪設(shè)裝置。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供鋪設(shè)方法。
[0007]為了克服現(xiàn)有光纖鋪設(shè)方法的不足，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣解決的:一種用于相似模擬的光纖傳感器裝置，該裝置由傳感光纖、光纖固定器、應(yīng)力計(jì)、鋪設(shè)管、光纖固定槽、水平儀、應(yīng)力表和相似物理模型試驗(yàn)臺(tái)組成；本發(fā)明的特殊之處在于所述相似物理模型試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)腔填充有相似材料，在相似材料內(nèi)鉆有垂直鉆孔，其垂直鉆孔內(nèi)插入鋪設(shè)管，所述鋪設(shè)管上開(kāi)有光纖固定槽，所述光纖固定槽兩端部連接有應(yīng)力計(jì)，所述應(yīng)力計(jì)分別與應(yīng)力表和光纖固定器連接，所述光纖固定器通過(guò)緊固螺絲與光纖孔、橡膠槽和傳感光纖連接為整體，所述鋪設(shè)管上端面連接一個(gè)水平儀。
[0008]一種所述相似模擬光纖傳感器裝置的鋪設(shè)方法，按下述步驟進(jìn)行:
(O由相似模型上部垂直開(kāi)孔至底，孔的尺寸要與套管尺寸相近，通常要大于套管直徑； (2)沿孔垂直鋪設(shè)已放入光纖的套管；
(3)通過(guò)端部光纖固定器固定套管內(nèi)的下端光纖；
(4)通過(guò)水平儀確定光纖垂直鋪設(shè)；
(5)所述套管在鋪設(shè)過(guò)程中必須保持直線且不可彎曲；
(6)所述套管應(yīng)在鋪設(shè)前將光纖直嵌入其內(nèi)部，并確定鋪設(shè)套管與光纖之間有一定的耦合；
(7)再將所述安置光纖的套管垂直放入已經(jīng)在模型上鉆好的孔內(nèi)直至底部；
(8)將所述裝置入孔中的鋪設(shè)管內(nèi)光纖穿過(guò)上端部的應(yīng)力計(jì)和端部光纖固定器，對(duì)光纖施加預(yù)應(yīng)力并通過(guò)應(yīng)力計(jì)讀數(shù)；
(9)在所述鋪設(shè)管內(nèi)充填相似材料，逐步提升套管，使相似材料下落到鉆孔底部；
(10)將所述垂直套管抽出；最后夯實(shí)模型，完成傳感光纖的垂直鋪設(shè)。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，有效的解決在模型試驗(yàn)中因光纖鋪設(shè)不當(dāng)造成損壞及誤差，從而大大提高傳感光纖成活率高，使測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確的特點(diǎn):
1、本發(fā)明擁有確保傳感光纖在平面相似物理模擬模型內(nèi)呈直線態(tài)鋪設(shè)的特點(diǎn)；從而最大限度的減小鋪設(shè)工藝對(duì)測(cè)量所造成影響。
[0010]2、可以提前在光纖上施加預(yù)緊力并且可以保持光纖上的預(yù)緊力。
[0011]3、同時(shí)運(yùn)用這種裝置可以更真實(shí)的模擬實(shí)際工程中打鉆孔埋設(shè)光纖過(guò)程，從而最大限度讓實(shí)驗(yàn)整體情況更接近于實(shí)際工程的情況。
[0012]4、保證傳感光纖垂直鋪設(shè)在相似模擬模型內(nèi)部的特點(diǎn)，從而最大的減小鋪設(shè)工藝對(duì)測(cè)量的影響。
[0013]5、廣泛運(yùn)用于采礦工程相似材料物理模型實(shí)驗(yàn)或其它構(gòu)筑物內(nèi)部的傳感光纖的垂直鋪設(shè)領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明主視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為鋪設(shè)管的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為圖2的俯視結(jié)構(gòu)不意圖；
圖4為應(yīng)力計(jì)的結(jié)構(gòu)不意圖；
圖5為端部光纖固定器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為圖1的具體實(shí)施方法示意圖。
[0015]1-傳感光纖；2_端部光纖固定器；3_應(yīng)力計(jì)；4_鋪設(shè)管；5_光纖固定槽；6_水平儀光纖孔；8_應(yīng)力表；9_橡膠槽；10-緊固螺絲；11-平面相似物理模型試驗(yàn)臺(tái)；12_相似材料。
【具體實(shí)施方式】
[0016]附圖為本發(fā)明的實(shí)施例。
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步說(shuō)明:
實(shí)施例1 一種用于相似模擬的光纖傳感器裝置，該裝置由傳感光纖、光纖固定器、應(yīng)力計(jì)、鋪設(shè)管、光纖固定槽、水平儀、應(yīng)力表和相似物理模型試驗(yàn)臺(tái)組成；所述相似物理模型試驗(yàn)臺(tái)11內(nèi)腔填充有相似材料12，在相似材料12內(nèi)鉆有垂直鉆孔，其垂直鉆孔內(nèi)插入鋪設(shè)管4，所述鋪設(shè)管4上開(kāi)有光纖固定槽5，所述光纖固定槽5兩端部連接有應(yīng)力計(jì)3，所述應(yīng)力計(jì)3分別與應(yīng)力表8和光纖固定器2連接，所述光纖固定器2通過(guò)緊固螺絲10與光纖孔7、橡膠槽9和傳感光纖I連接為整體，所述鋪設(shè)管4上端面連接一個(gè)水平儀6。
[0018]一種所述相似模擬光纖傳感器裝置的鋪設(shè)方法，按下述步驟進(jìn)行:
(O由相似模型上部垂直開(kāi)孔至底，孔的尺寸要與套管尺寸相近，通常要大于套管直徑；
(2)沿孔垂直鋪設(shè)已放入光纖的套管；
(3)通過(guò)光纖固定器固定套管內(nèi)的下端光纖；
(4)通過(guò)水平儀確定光纖垂直鋪設(shè)；
(5)所述套管在鋪設(shè)過(guò)程中必須保持直線且不可彎曲；
(6)所述套管應(yīng)在鋪設(shè)前將光纖直嵌入其內(nèi)部，并確定鋪設(shè)套管與光纖之間有一定的耦合；
(7)再將所述安置光纖的套管垂直放入已經(jīng)在模型上鉆好的孔內(nèi)直至底部；
(8)將所述裝置入孔中的鋪設(shè)管內(nèi)光纖穿過(guò)上端部的應(yīng)力計(jì)和端部光纖固定器，對(duì)光纖施加預(yù)應(yīng)力并通過(guò)應(yīng)力計(jì)讀數(shù)；
(9)在所述鋪設(shè)管內(nèi)充填相似材料，逐步提升套管，使相似材料下落到鉆孔底部；
(10)將所述垂直套管抽出；最后夯實(shí)模型，完成傳感光纖的垂直鋪設(shè)。
[0019]實(shí)施例2
相似模型鋪裝完成后，在模型表面打一鉆孔，鉆孔直徑與光纖鋪設(shè)管的直徑相當(dāng)。將測(cè)量用的傳感光纖放入光纖鋪設(shè)管的固定槽內(nèi)加以固定，保證光纖呈直線狀態(tài)。將光纖鋪設(shè)管沿鉆孔下放至底，光纖的尾部從模型底部穿出后用光纖固定器加以固定。光纖上端分別穿過(guò)應(yīng)力儀和光纖固定器的光纖孔，對(duì)光纖施加預(yù)應(yīng)力后，通過(guò)光纖固定器的橡膠槽和緊固螺絲將光纖夾緊，由應(yīng)力儀讀取預(yù)應(yīng)力大小。為保證光纖垂直鋪設(shè)，可通過(guò)光纖鋪設(shè)裝置上端的水平儀進(jìn)行校準(zhǔn)。確認(rèn)光纖垂直鋪設(shè)完成后，向鋪設(shè)管內(nèi)填充相似材料，并逐漸提升和拆除多余的鋪設(shè)管，使相似材料下落至孔底，并依次夯實(shí)，直至鋪設(shè)管完全提升至模型外部，鉆孔被相似材料重新填充，光纖鋪設(shè)完成。
[0020]綜上所述，所述光纖鋪設(shè)管在鋪設(shè)管表面上有一光纖固定槽。所述光纖固定槽用于固定光纖傳感器，且使光纖保持直線態(tài)。所述端部光纖固定器一則是用于固定光纖，二則是為了保持在光纖上施加的預(yù)應(yīng)力。所述水平儀是為了保證光纖鋪設(shè)套管垂直進(jìn)入鉆孔。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于相似模擬的光纖傳感器裝置，該裝置由傳感光纖、光纖固定器、應(yīng)力計(jì)、鋪設(shè)管、光纖固定槽、水平儀、應(yīng)力表和相似物理模型試驗(yàn)臺(tái)組成；其特征在于所述相似物理模型試驗(yàn)臺(tái)(11)內(nèi)腔填充有相似材料(12)，在相似材料(12)內(nèi)鉆有垂直鉆孔，其垂直鉆孔內(nèi)插入鋪設(shè)管(4)，所述鋪設(shè)管(4)上開(kāi)有光纖固定槽(5)，所述光纖固定槽(5)兩端部連接有應(yīng)力計(jì)(3)，所述應(yīng)力計(jì)(3)分別與應(yīng)力表(8)和光纖固定器(2)連接，所述光纖固定器(2)通過(guò)緊固螺絲(10)與光纖孔(7)、橡膠槽(9)和傳感光纖(I)連接為整體，所述鋪設(shè)管(4 )上端面連接一個(gè)水平儀(6 )。
2.一種如權(quán)利要求1所述相似模擬光纖傳感器裝置的鋪設(shè)方法，按下述步驟進(jìn)行: (O由相似模型上部垂直開(kāi)孔至底，孔的尺寸要與套管尺寸相近，通常大于套管直徑； (2)沿孔垂直鋪設(shè)已放入光纖的套管； (3)通過(guò)端部光纖固定器固定套管內(nèi)的下端光纖； (4)通過(guò)水平儀確定光纖垂直鋪設(shè)； (5)所述套管在鋪設(shè)過(guò)程中必須保持直線且不可彎曲； (6)所述套管應(yīng)在鋪設(shè)前將光纖直嵌入其內(nèi)部，并確定鋪設(shè)套管與光纖之間有一定的耦合； (7)再將所述安置光纖的套管垂直放入已經(jīng)在模型上鉆好的孔內(nèi)直至底部； (8)將所述裝置入孔中的鋪設(shè)管內(nèi)光纖穿過(guò)上端部的應(yīng)力計(jì)和光纖固定器，對(duì)光纖施加預(yù)應(yīng)力并通過(guò)應(yīng)力計(jì)讀數(shù)； (9)在所述鋪設(shè)管內(nèi)充填相似材料，逐步提升套管，使相似材料下落到鉆孔底部； (10)將所述垂直套管抽出；最后夯實(shí)模型，完成傳感光纖的垂直鋪設(shè)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于相似模擬實(shí)驗(yàn)的光纖傳感器裝置及鋪設(shè)方法。相似物理模型試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)腔填充有相似材料，在相似材料內(nèi)鉆有垂直鉆孔，其垂直鉆孔內(nèi)插入鋪設(shè)管，鋪設(shè)管上開(kāi)有光纖固定槽，所述光纖固定槽兩端部連接有應(yīng)力計(jì)，應(yīng)力計(jì)分別與應(yīng)力表和光纖固定器連接，光纖固定器通過(guò)緊固螺絲與光纖孔、橡膠槽和傳感光纖連接為整體，鋪設(shè)管上端面連接一個(gè)水平儀。光纖鋪設(shè)方法：由模型上部垂直開(kāi)孔至底；沿孔垂直鋪設(shè)套管；通過(guò)水平儀確定光纖垂直鋪設(shè)；確定鋪設(shè)套管與光纖之間有一定耦合和摩擦力；光纖上下端部分別由端部夾緊裝置固定并施加預(yù)應(yīng)力。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，廣泛運(yùn)用于采礦工程相似材料實(shí)驗(yàn)或其它構(gòu)筑物內(nèi)部的傳感光纖的垂直鋪設(shè)領(lǐng)域。
【IPC分類(lèi)】G02B6-50, G01L1-24, G01N33-24
【公開(kāi)號(hào)】CN104569351
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510035552
【發(fā)明人】袁強(qiáng), 柴敬, 劉奇, 張曦, 姜德君, 王豐年, 錢(qián)云云, 李毅
【申請(qǐng)人】西安科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月23日