本發(fā)明涉及一種土木工程監(jiān)測領(lǐng)域觀測裝置及測量方法，尤其是道路工程中路基溫度分布測量方法

背景技術(shù)：

高海拔多年凍土區(qū)公路由于地處極端氣候，獲取路基溫度分布對(duì)研究高海拔多年凍土區(qū)的路基沉降機(jī)理，解決路基病害具有重要的作用，因此需要有效手段對(duì)路基溫度變化進(jìn)行長期的大范圍的監(jiān)測。

目前，凍土區(qū)工程中監(jiān)測路基溫度的方法主要離散式溫度測量方法，在選定的路基測點(diǎn)中通過埋入或鉆孔的方式布設(shè)溫度傳感器，再通過有線或者無線的方式將溫度信號(hào)傳遞到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。例如實(shí)用新型專利CN203432709U中介紹的一種凍土溫度測量記錄儀，以熱敏電阻作為溫度敏感元件，通過集成的電源模塊，數(shù)據(jù)采集模塊和顯示模塊整合為一個(gè)小型化一體化的低溫測試系統(tǒng)。再例如發(fā)明專利CN104236745A介紹的一種低功耗多通道插卡式凍土溫度測量記錄儀和發(fā)明專利CN105528884A中介紹的一種基于低功耗藍(lán)牙的地溫測試系統(tǒng)及地溫測試方法，分別實(shí)現(xiàn)的地溫測試的多通道擴(kuò)展和無線傳輸。這些方法存在的共同問題是：第一，只能進(jìn)行離散的單點(diǎn)測量，只能測試某些道路關(guān)鍵截面，很難進(jìn)行覆蓋大范圍長距離的道路沉降監(jiān)測；第二，測試系統(tǒng)的耐久性存在問題，由于目前測試方法采用的傳感器均為電學(xué)傳感器，長期埋入土體中易導(dǎo)致?lián)p壞，很難維持長期耐久的測試系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有凍土區(qū)溫度測量方法存在的測量范圍有限的問題，同時(shí)滿足高海拔多年凍土區(qū)路基溫度監(jiān)測對(duì)傳感系統(tǒng)在極端環(huán)境下的工作穩(wěn)定性和耐久性的要求，提供一種高海拔多年凍土區(qū)分布式高精度溫度監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明所述的一種高海拔多年凍土區(qū)分布式高精度溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括分布式溫度傳感光纖1、測溫鋼管2、光纖光柵溫度傳感器3、光纖光柵解調(diào)儀7和布里淵分布式光纖溫度解調(diào)儀8；

所述分布式溫度傳感光纖1穿過測溫鋼管2，測溫鋼管2中灌入待監(jiān)測路基的原位土壤，準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器3為刻有多個(gè)光柵的光纖，且多個(gè)光柵等間距分布，所述準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器3固定在測溫鋼管2的外壁上，光纖光柵解調(diào)儀7用于獲取光纖光柵溫度傳感器3的溫度分布，布里淵分布式光纖溫度解調(diào)儀8用于獲取分布式溫度傳感光纖1的溫度分布。

基于上述溫度監(jiān)測系統(tǒng)的溫度監(jiān)測方法為：

步驟一、將分布式溫度傳感光纖1埋設(shè)于路基面層以下；

步驟二、使用布里淵分布式光纖溫度解調(diào)儀8測量分布式溫度傳感光纖1的溫度分布，使用光纖光柵解調(diào)儀7測量準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器3的溫度分布；

步驟三、根據(jù)公式校準(zhǔn)分布式溫度傳感光纖1的實(shí)際溫度傳感系數(shù)；其中和t_r分別為分布式溫度傳感光纖1的初始布里淵頻移和初始溫度，v_B和t分別為任意測試階段分布式溫度傳感光纖1的布里淵頻移和溫度，C_t為分布式溫度傳感光纖1的實(shí)際溫度傳感系數(shù)；

步驟四、根據(jù)公式獲取溫度分布；其中和t_r(z)分別為分布式溫度傳感光纖1的初始布里淵頻移分布和初始溫度分布，v_B(z)和t(z)分別為任意測試階段分布式溫度傳感光纖1的布里淵頻移分布和溫度分布，z表示沿分布式溫度傳感光纖1長度為z的位置。

本發(fā)明所述的溫度監(jiān)測系統(tǒng)及方法，測量范圍取決于分布式溫度傳感光纖1的分布情況，經(jīng)驗(yàn)證，其測量范圍至少能夠達(dá)到20公里，在極端環(huán)境下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不易損壞，工作穩(wěn)定性和耐久性完全能夠滿足要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的一種高海拔多年凍土區(qū)分布式高精度溫度監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為分布式溫度傳感光纖1、測溫鋼管2和光纖光柵溫度傳感器3的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種高海拔多年凍土區(qū)分布式高精度溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括分布式溫度傳感光纖1、測溫鋼管2、光纖光柵溫度傳感器3、光纖光柵解調(diào)儀7和布里淵分布式光纖溫度解調(diào)儀8；

所述分布式溫度傳感光纖1穿過測溫鋼管2，測溫鋼管2中灌入待監(jiān)測路基的原位土壤9，準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器3為刻有多個(gè)光柵的光纖，且多個(gè)光柵等間距分布，所述準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器3固定在測溫鋼管2的外壁上，光纖光柵解調(diào)儀7用于獲取光纖光柵溫度傳感器3的溫度分布，布里淵分布式光纖溫度解調(diào)儀8用于獲取分布式溫度傳感光纖1的溫度分布。

如圖1和圖2所示，分布式溫度傳感光纖1采用單模通訊光纖，該單模通訊光纖經(jīng)過封裝加強(qiáng)處理，保證傳感光纖具有足夠的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。將分布式溫度傳感光纖1埋設(shè)于路基面層以下40cm-50cm深度，分布式溫度傳感光纖1從測溫鋼管2中穿過，通過測溫鋼管2隔絕外界應(yīng)力作用。測溫鋼管2中灌入監(jiān)測路基的原位土壤，起到溫度耦合的作用，準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器3固定在測溫鋼管2上。將分布式溫度傳感光纖1與多芯光纜5通過光纖熔接保護(hù)盒4進(jìn)行連接，通過多芯光纜5匯總進(jìn)入監(jiān)測室，在監(jiān)測室內(nèi)多芯光纜5與光纖通道擴(kuò)展架6通過光纖熔接進(jìn)行連接，并對(duì)光纖通道擴(kuò)展架6的各傳感光纖通道進(jìn)行編號(hào)。光纖通道擴(kuò)展架6與布里淵分布式光纖溫度解調(diào)儀8和光纖光柵解調(diào)儀7之間通過接頭型號(hào)為FC/APC的光纖跳線進(jìn)行連接。使用布里淵分布式光纖溫度解調(diào)儀8獲取分布式溫度傳感光纖1的溫度分布，使用光纖光柵解調(diào)儀7獲取準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器3的溫度分布，進(jìn)而獲得監(jiān)測區(qū)域的空間溫度場。

上述監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)長度至少為20公里、精度為0.1攝氏度的全分布路基溫度場監(jiān)測，由于光纖本身二氧化硅的無機(jī)非金屬材料特性，分布式溫度傳感光纖1具有良好的耐久性和穩(wěn)定性。并且本實(shí)施方式利用光纖本身布里淵頻移的溫度敏感特性對(duì)溫度進(jìn)行絕對(duì)測量，不存在溫度漂移和失真的問題。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述的一種高海拔多年凍土區(qū)分布式高精度溫度監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述區(qū)分布式高精度溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括兩根或多根測溫鋼管2，分布式溫度傳感光纖1穿過所有測溫鋼管2。

本實(shí)施方式增加了測溫鋼管2的數(shù)量，多個(gè)測溫鋼管2可以按實(shí)際需要以任何方式分布在待監(jiān)測路基中，如圖2所示，共包括兩根測溫鋼管2，兩根測溫鋼管2平行分布。

具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一和二所述的一種高海拔多年凍土區(qū)分布式高精度溫度監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述測溫鋼管2兩端用橡膠塞10封堵。

如圖1所示，每根測溫鋼管2的兩端用橡膠塞封堵，能夠起到固定分布式溫度傳感光纖1、隔絕應(yīng)變的作用。

具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是基于實(shí)施方式一至三所述的一種高海拔多年凍土區(qū)分布式高精度溫度監(jiān)測系統(tǒng)的溫度監(jiān)測方法，所述方法為：

步驟一、將分布式溫度傳感光纖1埋設(shè)于路基面層以下；

步驟二、使用布里淵分布式光纖溫度解調(diào)儀8測量分布式溫度傳感光纖1的溫度分布，使用光纖光柵解調(diào)儀7測量準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器3的溫度分布；

步驟三、根據(jù)公式校準(zhǔn)分布式溫度傳感光纖1的實(shí)際溫度傳感系數(shù)；其中和t_r分別為分布式溫度傳感光纖1的初始布里淵頻移和初始溫度，v_B和t分別為任意測試階段分布式溫度傳感光纖1的布里淵頻移和溫度，C_t為分布式溫度傳感光纖1的實(shí)際溫度傳感系數(shù)；

步驟四、根據(jù)公式獲取溫度分布；其中和t_r(z)分別為分布式溫度傳感光纖1的初始布里淵頻移分布和初始溫度分布，v_B(z)和t(z)分別為任意測試階段分布式溫度傳感光纖1的布里淵頻移分布和溫度分布，z表示沿分布式溫度傳感光纖1長度為z的位置。

上述方法可以根據(jù)要測量的范圍來選擇分布式溫度傳感光纖1的長度，因此，該方法能夠測量的范圍大；并且由于采用的監(jiān)測系統(tǒng)在極端環(huán)境下穩(wěn)定性和耐久性很高，因此該方法在極端環(huán)境下也能夠長久穩(wěn)定的測量。