[发明专利]基于光纤光栅技术的裂缝宽度监测系统及方法

说明书

本发明提供一种基于光纤光栅技术的裂缝宽度监测系统及方法，包括光纤光栅位移监测杆、光纤光栅解调仪和裂缝宽度监测方法。将光纤光栅位移监测杆安装在地裂缝发育的监测区域，通过传输光纤光栅解调仪量测多个光纤光栅位移监测杆之间光纤光栅位移传感器的位移变化量，通过解调仪中无线数据传输模块，将位移数据发送至远程监控室，实现裂缝位移无线监测系统。本发明提出裂缝宽度监测方法，通过裂缝监测区域中两点直线式、三点三角形式传感器的布置工艺，提出裂缝变形位移计算公式，确定裂缝变形的相对位移或绝对位移，解决了采动沉陷区和地下水抽采区等地裂缝测量的高精度要求。

技术领域

本发明涉及裂缝变形宽度的监测系统和裂缝计算方法，特别是一种基于光纤光栅技术的裂缝宽度监测系统及方法。主要用于岩土体裂缝或混凝土裂缝的变形监测和数据处理方法。

背景技术

裂缝灾害是受地球内外动力作用下产生的地面或结构形变灾害，包括岩土体地面裂缝、混凝土裂缝。这些裂缝的产生和发展，严重影响着工程寿命和社会稳定。通过对裂缝的长期变形监测，为裂缝发育机理和治理提供理论依据。

目前有关裂缝宽度监测方法方面，将GPS和INSAR技术应用于表面裂缝的变形监测，但上述技术的监测精度受天气、地面障碍物等因素影响而难以满足高精度、连续监测要求。基于电阻类或振弦类位移传感器的测试设备，防潮性能差、耐久性不好，对于裂缝宽度长期监测的准确性、安全性、稳定性等方面有一定局限性。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于光纤光栅技术的裂缝宽度监测系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于光纤光栅技术的裂缝宽度监测系统，包括光纤光栅位移监测杆、光纤光栅解调仪；所述光纤光栅位移监测杆包括直杆、安装在直杆上的拉线式的光纤光栅位移传感器；两个光纤光栅位移监测杆通过钢丝绳连接，钢丝绳的一端与光纤光栅位移传感器的拉线连接，另一端与直杆连接；光纤光栅位移传感器和光纤光栅解调仪通过光缆连接。

进一步的，所述光纤光栅位移传感器和钢丝绳均水平。

基于光纤光栅技术的裂缝宽度监测方法，包括如下步骤：

步骤1：安装光纤光栅位移监测杆；所述光纤光栅位移监测杆至少两根分别安装在裂缝两侧，两根光纤光栅位移监测杆的连线垂直于裂缝延伸方向，且其中至少一根光纤光栅位移监测杆安装于裂缝扰动影响区域；将直杆铅直安插在裂缝一侧岩土体中，保证其与岩土体变形协调一致；

步骤2：用光缆连接光纤光栅解调仪和光纤光栅位移传感器，用钢丝绳连接两根光纤光栅位移监测杆的光纤光栅位移传感器和直杆；

步骤3：光纤光栅解调仪向光纤光栅传感器发送激光信号，激光经光纤光栅传感器反射后返回到光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪对从光纤光栅传感器反射回来的激光进行解调处理，并得出反射激光的波长信号，解算出光纤光栅位移传感器的位移变化量；

步骤4：根据位移变化量计算裂缝宽度变化。

优选的，步骤1中，所述直杆的直径为3-7cm、长度30-150cm，开挖直径为15-30cm、深度为15-75cm的钻孔，将直杆铅直放入钻孔后灌注混凝土浆液，确保直杆与被测岩土体变形协调一致，或者结构物或构筑物施工过程中将直杆预先布置在变形较大的区域，随着工程施工将直杆进行固定。

优选的，所述光纤光栅位移监测杆有两根，均固定在裂缝扰动影响区域，用以测量两点之间相对位移量。

优选的，所述光纤光栅位移监测杆有两根，一根布置在裂缝扰动影响区域，另一根布置在裂缝影响区域外，用以测量地层绝对位移量。

优选的，所述光纤光栅位移监测杆有三根，两根沿垂直于裂缝延伸方向分别布置裂缝扰动影响区域裂缝两侧，另外一根布置在裂缝影响区域外，且三根直杆不在同一条直线上。