[发明专利]一种基于低相干干涉技术的液位仪及沉降监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于低相干干涉技术的液位仪及高精度沉降监测系统，主要用于土木工程建筑如地基、隧道、桥梁等的沉降测量，属于工程结构健康监测技术领域。

背景技术

液位传感器是一种可以测量不同类型建筑结构沉降的分布式传感器系统，可以大量的布设于大型结构的不同位置，如隧道、大坝、地基、铁路线路等。工程结构的沉降严重影响建筑结构的使用寿命，与人民生命与财产的安全息息相关。因此，基于不同技术的沉降监测系统测出不穷，主要目的一般都是基于一套可行的传感器技术系统测量工程结构本身或者相邻的附属结构各个位置的相对竖向位置变化。

现有技术提出了一些基于不同类型光纤传感器技术反映沉降的传感器专利，如已经公开的专利号CN202119406U所述的光纤沉降传感器，具有测量范围大、灵敏度高等特点。但其主要利用的技术是布拉格光纤光栅传感器。

专利号CN102944219A公开的以光纤传感技术为基础开发的路基沉降监测系统，将多个光纤传感器编组布设于路基的两侧，进行沉降监测，整个监测系统具有测量范围广、精度高、抗电磁干扰等特点，但发明中并未详述传感器的具体设计方案。

专利号CN102914289B发表的利用布里渊光纤传感器技术的结构挠度沉降监测系统，其原理为将成环形环绕的检测光纤布设于液位仪的内部，监测液位仪内部连接活塞浮子与底部的光纤的应变大小，反映液位以及相应的沉降大小，该专利原理基于的技术是布里渊传感器技术。

另外一种基于低相干干涉技术反映高铁沉降的系统(专利号CN103968804A)，该种光纤传感器测量系统具有测量精度极高、抗干扰性强特点。但是其主要缺陷在于低相干干涉仪的测量过程主要是利用迈克尔逊测量臂中的总光程(包括空气中的光程与光纤中的光程部分)，空气中的光程部分反映了结构的沉降。理想状态下，重力作用使液位与准直器垂直，光路可以从液位表面固定的反射镜反射回准直器，从而与信号臂中的光发生干涉作用。通过分析干涉信号可以计算空气中的光程(即相应的沉降变化)，但是当整个储液系统受到轻微的扰动就会导致光的反射方向发生较大偏差从而使反射镜无法对准准直器，导致无法测量空气中的光程，进而导致测量失败。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于新的光纤传感器技术的、精度更高、稳定性更好的沉降监测系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种基于低相干干涉技术的液位仪，其特征在于：包括液位仪容器，液位仪容器内设有浮筒，浮筒内设有导轨，导轨的上下两端从浮筒中露出与液位仪容器的上下表面连接；浮筒的上表面与LCI光纤传感器的信号臂连接，LCI光纤传感器的信号臂通过光纤接头与导轨连接；LCI光纤传感器的信号臂始终为受力拉直状态。

优选地，所述LCI光纤传感器的信号臂采用铠装光纤光缆。

优选地，所述LCI光纤传感器的信号臂由内层的裸光纤及外层包裹的PVC紧包层组成。

优选地，所述浮筒、导轨均为金属材质。

优选地，所述液位仪容器外壁的上部设有通气管。

优选地，所述通气管为金属通气管。

优选地，所述液位仪容器设有上盖，且上盖内设有密封圈。

优选地，所述液位仪容器的外壁侧面设有量筒。

本发明还提供了一种基于低相干干涉技术的沉降监测系统，包括依次连接的多个上述基于低相干干涉技术的液位仪，相邻液位仪的底部通过管道连通；每个液位仪上的LCI光纤传感器的信号臂通过光纤光缆与宽带光源连接，LCI光纤传感器的信号臂上设有第一耦合器；LCI光纤传感器的参考臂通过光纤光缆与信号接收处理系统连接，LCI光纤传感器的参考臂上设有第二耦合器，第一耦合器与第二耦合器之间通过光纤光缆连接；第二耦合器还连接用以反射信号的末端切平的光纤；LCI光纤传感器的参考臂与光学移动扫描平台上的反光镜相配合。

优选地，所述液位仪的外壁连接有量筒，量筒的上端与液位仪直接连接，量筒的下端通过三通与液位仪的底部连通，三通的其余两个端口用于与相邻的液位仪连通，首位或末位液位仪上三通的其余两个端口分别用于与相邻的液位仪、储液罐连接。