[发明专利]一种监测土石堤坝渗流状况的分布式光纤测试平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测土石堤坝渗流状况的分布式光纤测试平台，属于分布式光纤温度传感技术领域。

背景技术

光纤既作为传感器又作为传输介质，其结构简单，不仅方便施工而且可维护性强、可靠性高，潜在故障率大大低于传统技术。1989年Mendez等首先将光纤传感器埋入混凝土结构中进行结构安全检测以来，各国学者进一步推动了该技术在土木、水利工程中的应用。近年来，随着大型水利工程的建设和水利现代化的要求，分布式光纤温度传感技术已成功应用于大体积混凝土温度、裂缝监测，边坡监测及面板堆石坝面板裂缝监测。

但对于土石坝及堤坝等多孔介质结构体的渗流监测，还处于探索定性阶段。在定量监测的理论和应用上还存在许多问题亟待研究和解决。温度作为一种天然示踪剂，在渗流监测中具有独特的优势，近年来国内外许多案例证实了温度参数对堤坝渗流监测的重要性。分布式光纤温度传感系统（Distributed Fiber Temperature Sensor System）简称为DTS系统，是近年来发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的传感系统。该系统中，光纤既是传感器，也是信号的传输通道。利用拉曼散射对温度进行分布式、连续性的实时测量。借助分布式光纤温度传感技术进行堤坝渗漏监测已引起了工程界和学术界的高度关注。作为一种测温手段，其理论和技术应用已经非常成熟。

但是，基于分布式光纤温度传感技术的渗漏监测作为该技术的一种新应用，其可借鉴的经验很少，在技术和施工工艺上都有待于进一步的深入研究。目前，该技术在渗漏监测中的应用研究还停留在定性阶段，即通过监测异常温度点来判断渗漏的大体位置，通常是作为其他监测手段的辅助方式。由于该技术在渗漏监测应用方面的理论还不成熟，特别是目前尚未建立光纤加热温升同环境温度、加热功率、渗流流速之间定量关系模型，因此，进行土石堤坝渗流光纤监测理论研究和模型试验具有重要的意义。

利用光纤测温的渗流监测分为加热法和梯度法，但是现在所有的研究都集中在纯粹的理论方程式的推导或者单纯的试验研究上，导致的结果是理论公式的正确性不置可否及为了试验而试验，由于理论和试验的分离，到目前为止，还没有建立一套真正应用在堤坝渗流监测上的理论和与其相应的可操作实用方法，因此急需要一个土石堤坝渗流测试平台。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种监测土石堤坝渗流状况的分布式光纤测试平台，对多孔介质渗流监测应用中存在的问题进行创新性研究，对土石堤坝渗流流速的经验监测和获取及浸润线监测的光纤布设形式和分析方法等一些列问题提供了最可靠的测试平台，且该平台具有稳定性好、可操作性强、精度高、成本低，工程适用性强等众多优点。

技术方案：本发明所述的一种监测土石堤坝渗流状况的分布式光纤测试平台，包括加热系统、渗流系统、DTS系统、数据处理及辅助分析系统；

所述加热系统包括可调节电压的交流电源和负载发热电阻丝，所述可调节电压的交流电源对负载发热电阻丝施加稳定电压进行加热；

所述渗流系统包括模型槽和供水系统，所述供水系统为模型槽内的多孔介质提供渗流； 

所述DTS系统包括分布式光纤测温主机和线性多模感温光纤，所述负载发热电阻丝设置在线性多模感温光纤内，所述线性多模感温光纤埋设于模型槽中的多孔介质内；所述分布式光纤测温主机用于采集和分析激光脉冲从线性多模感温光纤的注入端注入后在光纤内传播时产生的Raman背向反射光的时间和强度信息得到相应的位置和温度信息；

所述数据处理及辅助分析系统包括数据准备模块、图形查看模块、浸润线分析模块和导热系数计算模块，可对所述DTS系统获得的试验数据进行数据准备、图形查看、浸润线分析和导热系数计算。

进一步地，所述负载发热电阻丝为线性多模感温光纤中的金属铠或者固定用钢丝。

所述可调节电压的交流电源包括交流电源、调压器和负载电路，所述交流电源与调压器的输入端连接，所述调压器的输出端与负载电路连接。

由于光纤中的钢丝或者金属铠的电阻比较小，如果需要比较大的加热功率，就需要很大的电流，因此在选用调压器的时候，一定要考虑调压器的额定电流，为了避免接通调压器电源时激发的励磁电流很大，容易引起空气断路器跳闸及对试验及DTS系统造成不良影响，对负载电路进行了改进，所述负载电路包括的第一开关、第二开关、负载发热电阻丝、指示灯和电压表，所述第一开关、第二开关和负载发热电阻丝依次串联在调压器的输出端的正负极之间，所述指示灯与第一开关并联，电压表与第二开关、负载发热电阻丝并联。