本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種滑移監(jiān)測傳感器及邊坡滑移應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

路基沉降和邊坡健康監(jiān)測系統(tǒng)能最大限度地確保公路安全運營、預(yù)診斷邊坡病害和延長公路使用壽命。目前，傳感器諸如靜力水準儀、GPS等先進技術(shù)已經(jīng)逐漸在邊坡監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用，但此類傳感器只能監(jiān)測邊坡表面的滑移情況，不能監(jiān)測邊坡內(nèi)部的滑移情況，因此，當邊坡內(nèi)部發(fā)生滑移而表面沒有滑移情況，該類監(jiān)測不到有效的滑移信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種滑移監(jiān)測傳感器及邊坡滑移應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)，以實現(xiàn)對邊坡內(nèi)部滑移情況的有效監(jiān)測。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種滑移監(jiān)測傳感器，該滑移監(jiān)測傳感器包括：彈性基體；光纖光柵陣列，包括多個光纖光柵，多個光纖光柵封裝于彈性基體內(nèi)部。

其中，滑移監(jiān)測傳感器還包括耦合器，設(shè)置于彈性基體內(nèi)，耦合器的輸入端分別連接每個光纖光柵；耦合器的輸出端從彈性基體中引出以連接光纖光柵波長解調(diào)儀。

其中，每個光纖光柵上設(shè)置有身份標識信息，其中，身份標識信息包括光纖光柵的中心波長與位置。

其中，每個光纖光柵的中心波長不同，且多個光纖光柵等間距設(shè)置。

其中，光纖光柵陣列包括3-6個光纖光柵。

其中，彈性基體為彈性管體，多個光纖光柵周向等間距設(shè)置于彈性管體的內(nèi)側(cè)壁上。

其中，彈性管體的長度為2000-3000mm，彈性管體的半徑為10-15mm。

其中，多個光纖光柵通過膠粘固定于彈性管體的內(nèi)側(cè)壁上。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種邊坡滑移應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)，該邊坡滑移應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)包括：上述滑移監(jiān)測傳感器，用于監(jiān)測滑移監(jiān)測傳感器四周受到應(yīng)力時邊坡的滑移情況；光纖光柵波長解調(diào)儀，耦接滑移監(jiān)測傳感器；遠程監(jiān)控與報警終端，連接光纖光柵波長解調(diào)儀。

其中，邊坡滑移應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)包括多個滑移監(jiān)測傳感器，且所述滑移監(jiān)測傳感器首尾鏈接設(shè)置。

本發(fā)明滑移監(jiān)測傳感器中，當滑移監(jiān)測傳感器所處位置的應(yīng)變發(fā)生變化時，彈性基體將在應(yīng)變的作用力下發(fā)生形變，同時，彈性基體內(nèi)部設(shè)置的多個光纖光柵的折射率調(diào)制周期以及纖芯折射率也隨著彈性基體的形變發(fā)生變化，進而導(dǎo)致光纖光柵的反射光的波長發(fā)生變化，因此，本發(fā)明能通過各光纖光柵反饋應(yīng)變變化前后的反射光波長，有效監(jiān)測邊坡內(nèi)部的滑移情況。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，進一步可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。其中：

圖1是本發(fā)明滑移監(jiān)測傳感器第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明滑移監(jiān)測傳感器第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明邊坡滑移監(jiān)測系統(tǒng)一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1，圖1是本發(fā)明滑移監(jiān)測傳感器第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，本實施例的滑移監(jiān)測傳感器10包括彈性基體11及光纖光柵陣列12。

彈性基體11可以在滑移監(jiān)測傳感器10所處環(huán)境的應(yīng)變發(fā)生變化時，在應(yīng)變的作用力下發(fā)生形變，并可以在作用力消失后恢復(fù)原狀。具體地，彈性基體11的材質(zhì)可以是PVC(Polyvinyl chloride，聚氯乙烯)、PA(Polyamide，聚酰胺，俗稱尼龍)或橡膠，但不僅限于此。彈性基體11可以是彈性管體，進一步地，彈性管體的長度為2000-3000mm，半徑為10-15mm，彈性基體11也可以是彈性柱體，但不僅限于此，具體可根據(jù)實際需要決定。

進一步地，光纖光柵陣列12包括多個光纖光柵121，且多個光纖光柵121封裝于彈性基體11內(nèi)部。在本實施例中，光纖光柵陣列12包括3個光纖光柵121，分別是第一光纖光柵121a、第二光纖光柵121b以及第三光纖光柵121c，但本發(fā)明不限制光纖光柵121的個數(shù)。

具體地，第一光纖光柵121a、第二光纖光柵121b以及第三光纖光柵121c周向等間距設(shè)置于彈性基體11的內(nèi)側(cè)壁上，即每兩個相鄰的光纖光柵121之間圓弧所對應(yīng)的圓心角為120度，以監(jiān)測滑移監(jiān)測傳感器10所處邊坡內(nèi)部位置各方位的滑移情況。當然，在其他實施例中，第一光纖光柵121a、第二光纖光柵121b以及第三光纖光柵121c也可以周向不等間距設(shè)置于彈性基體11內(nèi)側(cè)壁上。其中，光纖光柵121的固定方式可以是粘貼式，如通過膠粘固定于彈性管體的內(nèi)側(cè)壁上，其中，膠水可以是環(huán)氧膠水，光纖光柵121的固定方式也可以是卡入式，但不僅限于此。

光纖光柵121的傳感信號為波長調(diào)制，其反射的中心波長與折射率調(diào)制周期以及纖芯折射率有關(guān)。當彈性基體11因所處環(huán)境的應(yīng)變發(fā)生形變時，光纖光柵121的折射率調(diào)制周期以及纖芯折射率也發(fā)生變化，進而導(dǎo)致光纖光柵121的反射光的波長發(fā)生變化，具體地，當彈性基體11發(fā)生彎曲時，位于彈性基體11曲率半徑大的附近位置的光纖光柵121反射的中心波長增大，位于彈性基體11曲率半徑小的附近位置的光纖光柵121反射的中心波長變小。因此，滑移監(jiān)測傳感器10能通過各光纖光柵121反饋應(yīng)變變化前后反射光波長的變化至纖光柵波長解調(diào)儀20，從而有效監(jiān)測滑移檢測傳感器10所處邊坡內(nèi)部位置的滑移情況。

為使光纖光柵波長解調(diào)儀20獲得各光纖光柵121反饋的應(yīng)變變化前后反射光波長后，進一步利用應(yīng)變變化前后反射光波長進行分析計算，以得出滑移檢測傳感器10所處邊坡內(nèi)部位置的滑移大小并得出滑移的主方向，需要把光纖光柵121的輸出端從彈性基體11中引出以耦接光纖光柵波長解調(diào)儀20。為節(jié)省空間，在本實施例中，光纖光柵121的輸出端從彈性基體11中引出后可以通過耦合器30進一步連接光纖光柵波長解調(diào)儀20，當然，光纖光柵121的輸出端從彈性基體11中引出后可以直接連接光纖光柵波長解調(diào)儀20。

具體地，光纖光柵121的輸出端從彈性基體11中的引出方式包括：彈性基體11是封閉式時，可以在彈性基體11的一端或者側(cè)壁上設(shè)置一開口111，以從開口111中引出光纖光柵121的輸出端。彈性基體11是開放式時，即彈性基體11的兩端敞開，光纖光柵121的輸出端可以直接從彈性基體11的一端引出，但不僅限于此。在本實施例中，光纖光柵121的輸出端從彈性基體11中的引出方式為在封閉式的彈性基體11的側(cè)壁上設(shè)置一開口111以引出。

為使光纖光柵波長解調(diào)儀20能有效識別各個光纖光柵121反射的光，從而判斷出邊坡的主滑移方向以及滑移大小，每個光纖光柵121上標有確定的身份標識信息，包括光纖光柵121的中心波長與位置。

具體地，本實施例采用波分復(fù)用技術(shù)，每個光纖光柵121采用不同的布拉格中心反射波長，這樣，滑移監(jiān)測傳感器10任一光纖光柵121附近的應(yīng)變發(fā)生變化，都會被光纖光柵波長解調(diào)儀20獲得，并通過波長的不同確定應(yīng)變發(fā)生的具體位置。光纖光柵121的中心波長可為1525～1565nm，但不僅限于此。在一應(yīng)用例中，第一光纖光柵121a的中心波長為1525nm，第二光纖光柵121b的中心波長1535nm，第三光纖光柵121c的中心波長1545nm，具體可根據(jù)實際需要決定。

位置信息包括光纖光柵121固定于彈性基體11的具體方位，若滑移監(jiān)測傳感器10應(yīng)用于滑移監(jiān)測傳感器40中，則光纖光柵121的位置信息進一步包括光纖光柵121投入應(yīng)用時所處的深度，以判斷滑移發(fā)生的具體位置，但不僅限于此。

光纖光柵波長解調(diào)儀20接收各光纖光柵121應(yīng)變變化前后反射光波長后，進一步通過計算各方位的滑移大小并確定滑移的主方向，滑移大小的計算方式具體如下(以第一光纖光柵121a為例)：

滑移值(mm)＝(λ1正在采集-λ1初始值)×位移系數(shù)

其中，λ1為第一光纖光柵121a的中心波長；“λ1初始值”為彈性基體11未發(fā)生形變，如滑移監(jiān)測傳感器10未投入使用時，光纖光柵波長解調(diào)儀20采集的第一光纖光柵121a反射的中心波長；“λ1正在采集”為滑移監(jiān)測傳感器10投入使用時，光纖光柵波長解調(diào)儀20采集的第一光纖光柵121a反射的中心波長；位移系數(shù)由經(jīng)驗值或?qū)嶒炛但@得，可以為0.028-0.033mm/pm，但不僅限于此，具體根據(jù)實際需要決定。

同樣地，可以計算第二光纖光柵121b與第三光纖光柵121c所處方位的滑移大小，在此不再贅述。

在計算出第一光纖光柵121a、第二光纖光柵121b以及第三光纖光柵121c所處方位的滑移值大小后，即可通過比較判斷第一光纖光柵121a、第二光纖光柵121b以及第三光纖光柵121c的最大值，即可得到滑移監(jiān)測傳感器10所處邊坡內(nèi)部位置的主滑移方向，例如，若利用第一光纖光柵121a應(yīng)變變化前后反射的波長所計算出的滑移值為最大，則可判斷出第一光纖光柵121a所處的方位為該滑移監(jiān)測傳感器10所處邊坡內(nèi)部位置滑移的主方向。

通過上述實施例，當滑移監(jiān)測傳感器所處位置的應(yīng)變發(fā)生變化時，彈性基體將在應(yīng)變的作用力下發(fā)生形變，同時，彈性基體內(nèi)部設(shè)置的多個光纖光柵的折射率調(diào)制周期以及纖芯折射率也隨著彈性基體的形變發(fā)生變化，進而導(dǎo)致光纖光柵的反射光的波長發(fā)生變化，因此，本發(fā)明能通過各光纖光柵反饋應(yīng)變變化前后的反射光波長，有效監(jiān)測邊坡內(nèi)部的滑移情況。

請參閱圖2，圖2是本發(fā)明滑移監(jiān)測傳感器第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。具體地，本實施例的滑移監(jiān)測傳感器40與第一實施例的滑移監(jiān)測傳感器10的區(qū)別在于，本實施例的滑移監(jiān)測傳感器40的光纖光柵陣列12包括6個光纖光柵121，分別是第一光纖光柵121a、第二光纖光柵121b、第三光纖光柵121c、第四光纖光柵121d、第五光纖光柵121e以及第六光纖光柵121f，且本實施例的滑移監(jiān)測傳感器40進一步包括耦合器13。

進一步地，耦合器13設(shè)置于彈性基體11內(nèi)，耦合器13的輸入端分別連接第一光纖光柵121a、第二光纖光柵121b、第三光纖光柵121c、第四光纖光柵121d、第五光纖光柵121e以及第六光纖光柵121f，耦合器13的輸出端從彈性基體11中引出以連接光纖光柵波長解調(diào)儀20。

具體地，耦合器13的輸出端從彈性基體11中的引出方式包括：彈性基體11是封閉式時，可以在彈性基體11的一端或者側(cè)壁上設(shè)置一開口111，以從開口111中引出耦合器13的輸出端。彈性基體11是開放式時，即彈性基體11的兩端敞開，耦合器13的輸出端可以直接從彈性基體11的一端引出，但不僅限于此。在本實施例中，耦合器13的輸出端從彈性基體11中的引出方式為在開放式的彈性基體11的一端引出。

本實施例的滑移監(jiān)測傳感器40的具體實現(xiàn)方式可參考第一實施例的滑移監(jiān)測傳感器10的描述，在此不再贅述。

本實施例的滑移監(jiān)測傳感器通過在彈性基體內(nèi)部設(shè)置有一耦合器，且耦合器的輸入端分別連接各光纖光柵，耦合器的輸出端連接連接光纖光柵波長解調(diào)儀，能節(jié)約傳輸光纜，進而節(jié)省空間，進一步地，本實施例的滑移監(jiān)測傳感器設(shè)置有6個光纖光柵，相比于第一實施例的滑移監(jiān)測傳感器，本實施例的滑移監(jiān)測傳感器的監(jiān)測密度更高，從而能更靈敏并準確的監(jiān)測邊坡內(nèi)部的滑移情況。

在其他實施例中，滑移監(jiān)測傳感器的光纖光柵陣列12可以設(shè)置4或5個光纖光柵121，但不僅限于此，具體可根據(jù)實際決定。

請參閱圖3，圖3是本發(fā)明邊坡滑移監(jiān)測系統(tǒng)一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，本實施例的邊坡滑移監(jiān)測系統(tǒng)50包括多個滑移監(jiān)測傳感器51，光纖光柵波長解調(diào)儀52以及遠程監(jiān)控與報警終端53，其中，多個滑移監(jiān)測傳感器40首尾鏈接設(shè)置。

在本實施例中，邊坡滑移監(jiān)測系統(tǒng)50包括3個滑移監(jiān)測傳感器51，但本發(fā)明不限制滑移監(jiān)測傳感器的數(shù)量，具體可根據(jù)實際需要決定?；票O(jiān)測傳感器51可以是上述實施例中的滑移監(jiān)測傳感器10，也可以是滑移監(jiān)測傳感器40，或者滑移監(jiān)測傳感器10與滑移監(jiān)測傳感器40的結(jié)合，具體不作限定。

進一步地，邊坡滑移監(jiān)測系統(tǒng)50包括寬帶光源(圖中未給出)，以為滑移監(jiān)測傳感器51中的各個光纖光柵121提供光源。光纖光柵波長解調(diào)儀52分別耦接3個滑移監(jiān)測傳感器51，以實時接收各光纖光柵121反射的中心波長，并利用應(yīng)變變化前后光纖光柵反射光波長計算各方位光纖光柵121的滑移值，從而實現(xiàn)對滑移監(jiān)測傳感器51四周受到應(yīng)力時邊坡的滑移情況的監(jiān)測。光纖光柵波長解調(diào)儀52進一步通過有線或無線的方式與遠程監(jiān)控與報警終端53相連，光纖光柵波長解調(diào)儀52在間接檢測到滑移監(jiān)測傳感器53四周的應(yīng)變發(fā)生變化時，通過有線或無線方式將預(yù)警信息傳送至遠程監(jiān)控與報警終端53，從而引起報警。

本實施例中多個滑移監(jiān)測傳感器51首尾鏈接設(shè)置，且滑移監(jiān)測傳感器51中各個光纖光柵121具有確定的身份識別信息，包括各光纖光柵121的深度及方位信息，具體可參照上述滑移監(jiān)測傳感器實施例中的描述，在此不再贅述，因此，邊坡滑移監(jiān)測系統(tǒng)50能準確監(jiān)測邊坡任意深度的滑移狀態(tài)。

以上所述僅為本發(fā)明的實施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。