涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法

《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》是河海大學於2014年12月29日申請的專利，該專利的申請號為2014108339644，公布號為CN104570148A，授權公布日為2015年4月29日，發明人是蘇懷智、楊孟、李皓、李星、傅兆慶。

《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》公開了一種涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法，包括若干個通過旋轉支架連線的滲流監測裝置，所述滲流監測裝置包含前後對稱分布的第一滲流監測單元和左右對稱分布的第二滲流監測單元，第一滲流監測單元和第二滲流監測單元內分布有滲流測量光纖，通過滲流測量光纖監測涉水結構物的滲漏狀況。該發明的一種涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統，具有無需加熱、分散式、多向性、同步性等特點，在降低監測成本、提升監測精度及工程實用化等方面具有突出優勢；該發明的監測方法通過在涉水結構物內靈活的布置滲流監測裝置，通過標定光纖和滲流測量光纖的比較得出滲水的位置和方向，操作簡單，結果精確。

2018年12月20日，《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法
• 公布號：CN104570148A
• 授權日：2015年4月29日
• 申請號：2014108339644
• 申請日：2014年12月29日
• 申請人：河海大學
• 地址：江蘇省南京市江寧開發區佛城西路8號
• 發明人：蘇懷智、楊孟、李皓、李星、傅兆慶
• Int.Cl.：G01V8/10(2006.01)I
• 代理機構：南京蘇高專利商標事務所（普通合夥）
• 代理人：李曉靜
• 類別：發明專利

專利背景

滲流是影響水工、海工以及地下工程等中涉水結構物安全長效服役的重要因素和突出病害，尤其對於土石壩、堤防等土石結構物，大量破壞甚至失事是由於程度不同的滲漏及滲漏衍生的各種問題所致，據統計，中國堤防潰決90％以上、土石壩工程中超過三分之一破壞緣於滲漏。研發先進實用的滲漏定位與定向儀器、裝置和辨識方法，可靠探測涉水結構物內滲漏發生的位置、範圍、方向以及大小，及時採取有效的防滲抗滲措施，對保障工程安全具有極其重要的意義。

截至2014年12月，對於涉水結構物滲漏定位與定向監測，多藉助點式滲流感測器，但由於測點有限，常出現漏檢情況，且傳統滲流感測器多存在體積大、引線多、親和性差等不足。隨著分散式光纖感測監測技術的發展，研發可用於涉水結構物滲漏位置和方向的分散式光纖辨識裝置及方法，日益引起工程界和科技工作者的關注與投入。但中國國內外已有的分散式光纖測滲技術，多需藉助外設熱源對待測光纖給予加熱，若在加熱中發生外包裝層破損或者漏電等情況，將對操作人員的人身安全造成威脅，且影響監測結果；另外，在涉水結構物服役環境中，外設電流加熱系統常難於保證，極大阻礙了該技術在實際工程中的套用和推廣。

發明內容

專利目的

《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》提供一種涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法，具有無需加熱、分散式、多向性、同步性等特點，在降低監測成本、提升監測精度及工程實用化等方面具有突出優勢。

技術方案

《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》的一種涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統，包括若干個通過旋轉支架連線的滲流監測裝置，所述滲流監測裝置包含前後對稱分布的第一滲流監測單元和左右對稱分布的第二滲流監測單元；

所述第一滲流監測單元包含固定監測光纖單元的第一載纖凹道，第一載纖凹道外設有載纖護層，第一載纖凹道兩端分別設有左載纖端和右載纖端，左載纖端通過左連柄與左連球連線，右載纖端通過右連柄與右連球連線，左連球和右連球鉸接在橫樑支架兩端，橫樑支架向左右兩側延伸有左銷軸和右銷軸；

所述第二滲流監測單元包含固定監測光纖單元的第二載纖凹道，第二載纖凹道的兩端分別設有上載纖弧端和下載纖弧端，上載纖弧端通過上弧形連柄與上連軸球連線，下載纖弧端通過下弧形連柄與下連軸球連線，上連軸球和下連軸球鉸接在山形端梁的兩端，山形端樑上延伸有山形凸柱，山形凸柱內設有與左銷軸和右銷軸配合的圓錐孔；

所述旋轉支架包含第一支撐架構柱和第二支撐架構柱，所述第一支撐架構柱一端與橫樑支架連線，另一端與底圓轉台連線，底圓轉台上安裝有上圓轉台，第二支撐架構柱一端與另一個滲流監測裝置的橫樑支架連線，另一端插入到上圓轉台中，底圓轉台和上圓轉台中心安裝有通底豎梁，第一支撐架構柱和第二支撐架構柱可分別繞通底豎梁轉動，通底豎樑上下端設有轉台圓槽用於將通底豎梁封閉。

作為優選，所述橫樑支架包含上水平橫樑和與上水平橫樑連線的下水平橫樑，上水平橫樑和下水平橫樑的兩端分別延伸左架構梁和右架構梁，上水平橫樑和下水平橫樑的左架構梁和右架構梁分別與左連球和右連球鉸接，上水平橫樑和下水平橫樑的中部分別設有上端槽和下端槽，上端槽與第一支撐架構柱連線，下端槽與另一個旋轉支架的第一支撐架構柱連線。

作為優選，所述上水平橫樑設有T型狀橫樑卡槽，下水平橫樑設有沿T型狀橫樑卡槽運動的橫樑凸台。

作為優選，所述監測光纖單元包含一根滲流測量光纖和兩根標定光纖，兩根標定光纖位於滲流測量光纖的兩側，滲流測量光纖外套有硬質鋼圈，標定光纖從內到外依次套有絕熱隔層和硬質護層，滲流測量光纖外設有依次連線的上凹邊內層、左凸邊內層、下凹邊內層和右凸邊內層，上凹邊內層外依次設有上凹邊中層和上凹邊外層，左凸邊內層外依次設有左凸邊中層和左凸邊外層，下凹邊內層外依次設有下凹邊中層和下凹邊外層，右凸邊內層外依次設有右凸邊中層和右凸邊外層。凹形結構的最底端將極容易匯集周邊區域可能的滲流水體，放大了小滲流的作用效果，與最底端的滲析棒配套使用，大大提高了對微弱滲漏或初期滲漏的辨識能力，該弧形截面結構將最大程度地擴大滲流區域滲流水體在滲流測量光纖上的停留時間及接觸面積，對於待測區滲流位置的定位具有較高的精度保證作用；除此之外，上凹邊外層具有防滲、防腐性能，且設計了與其截面形狀類似的上凹邊中層與上凹邊內層緊接，三層凹狀設計結構提高了該滲流監測專用光纜的強度及韌性，可起到保護內部結構及延長使用壽命等效果。其中硬質護層在絕熱隔層的外部，絕熱隔層內側與標定光纖接觸，在滲流水體作用到待測區域時，在絕熱隔層的作用下標定光線處於與外界無任何熱量接觸的狀態，其將作為參考標定用光纖，對稱分布布置的另一個標定光纖可以對參考標定用光纖的結果進行二次校正，其將最大程度地確保參考標準的客觀準確性。左凸邊外層和右凸邊外層與凹邊外層相反的凸邊結構，該相反的對應設計大大增加了滲流專用光纜的截面積，提高了監測裝置與待測結構體之間更密實的接觸與連線，增強了監測裝置與待測結構體的協同性，且將其布置成左右各三層結構，作用之一是為了增加標定光纖處的隔層厚度，且材料強度及韌性由內到外不斷增加，不但提高了其內部與標定光纖的柔性過渡連線，還增加了抵抗外部的較大滲流水壓力的作用，左凸邊外層和右凸邊外層具有抗腐蝕性能，提高了其與滲流水體長期共存的能力，在可能摻雜腐蝕性離子的複雜環境下，其滲流監測具有較好功效。

作為優選，所述滲流測量光纖兩邊分別與上滲析棒和下滲析棒連線，上滲析棒依次穿過硬質鋼圈、上凹邊內層、上凹邊中層和上凹邊外層與外界滲漏水流相接觸，下滲析棒依次穿過硬質鋼圈、下凹邊內層、下凹邊中層和下凹邊外層與外界滲漏水流相接觸。

作為優選，所述監測光纖單元外安裝有外圓護壁，所述外圓護壁包含左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁，左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁形成了凹凸型載纖腔，監測光纖單元位於凹凸型載纖腔內，左上外圓護壁和右上外圓護壁之間通過上載纖扣鎖緊，左下外圓護壁和右下外圓護壁通過下載纖扣鎖緊，左上外圓護壁和左下外圓護壁分別繞左圓轉環轉動，右上外圓護壁和右下外圓護壁分別繞右圓轉環轉動。外圓護壁的近似圓形截面將凹凸設計的監測光纖單元中凹處部分進行二次補充，將布置於內部的滲流專用光纜組成一個外截面近似圓形的結構，彌補了其獨特結構所帶來的生產、運輸及布設中存在的可能弊端；外圓護壁可以繞著左圓轉環和右圓轉環開啟，外圓護壁內部的凹凸型載纖腔可以將《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》的滲流專用光纜精密地嵌入到凹凸型載纖腔內，外圓護壁頂部和底端的上載纖扣與下載纖扣將外圓護壁牢固閉合，防止外圓護壁鬆動或者外界人為等其他因素的干擾；且外圓護壁與凹凸型載纖腔之間是空腔設計，為可能的使用操作預留了空間。

在《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》中，第一支撐架構柱與上水平橫樑中的上端槽或者下水平橫樑的下端槽連線，第一支撐架構柱另一端與底圓轉台相連，下旋轉螺紋端與底轉台螺槽相連之後，其一端的滲流監測裝置可以圍繞著通底豎梁進行與另一端滲流監測裝置無牴觸的360°無死角自由轉動，上旋轉螺紋端的一端與其對應側的支撐架構柱相連，上旋轉螺紋端的另一端與上轉台螺槽相連，其可以帶動通過對應側連結螺紋端相連線的滲流監測裝置繞著通底豎梁在另一側做無干擾360°自由轉動；上圓轉台與底圓轉台上下錯動布置可以實現臨近裝置互不干擾的運轉，可以對不同待測區域進行任意角度及坡度布置，上下轉台圓槽的布置結構將上圓轉台與底圓轉台牢固的固定於通底豎梁處。

作為優選，所述第二載纖凹道內表面安裝有滲漏網篩，滲漏網篩的表面為蜂窩狀。

作為優選，所述左銷軸和右銷軸上均設有一圈圓弧凹槽，山形凸柱上表面上設有銷孔，銷孔內插入銷，通過銷插入圓弧凹槽固定左銷軸和右銷軸。

一種涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統的監測方法，包括以下步驟：

第一步，準備普通單模裸光纖數根，基於第一滲流監測單元和第二滲流監測單元結構，配備製作成數根定長度的監測光纖單元；

第二步，繞著左圓轉環和右圓轉環將左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁打開，將監測光纖單元安置到凹凸型載纖腔內，然後旋動左圓轉環和右圓轉環將左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁合攏，利用上載纖扣和下載纖扣將兩端分布的左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁扣合，後將監測光纖單元纏繞到監測光纖單元滾輪上，運輸至滲流待監測部位；

第三步，調節上水平橫樑上的橫樑卡槽，將下水平橫樑中的橫樑凸槽沿著橫樑卡槽直線滑動，最後將上水平橫樑與下水平橫樑旋在一起平行布置，後擰動左側的上下對稱分布的左銷軸，將其插入在左側山形凸柱中的圓錐孔，然後將銷插入銷孔中固定左銷軸，同樣方法，擰動右側的上下對稱分布的右銷軸，將其插入在右側山形凸柱中的圓錐孔中，然後將銷插入銷孔中固定右銷軸中；

第四步，待將監測光纖單元運輸至待測區域之後，旋開上載纖扣及下載纖扣，打開左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁將監測光纖單元從凹凸型載纖腔中取出，將一定長度的監測光纖單元放置到兩端對稱分布的內壁設有滲漏網篩的第二載纖凹道中，將另一段定長度的監測光纖單元放置到內壁設有滲漏網篩的第一載纖凹道內；通過左側的下連軸球和上連軸球將配置有下弧形連柄、下載纖弧端和上弧形連柄、上載纖弧端的第二載纖凹道鉸接于山形端梁的兩端，同樣步驟，通過右側的連軸球和上連軸球將配置有下弧形連柄、下載纖弧端和上弧形連柄、上載纖弧端的第二載纖凹道鉸接于山形端梁的兩端；

第五步，通過上端的左連球和右連球，將連線有左載纖端、左連柄和右載纖端、右連柄的第一載纖凹道鉸接到左架構梁及右架構樑上，同樣，通過下端的左連球和右連球，將連線有左載纖端、左連柄和右載纖端、右連柄的第一載纖凹道鉸接到左架構梁及右架構樑上，到此，始端的滲流監測裝置布置結束；

第六步，將第一支撐架構柱一端插入到上水平橫樑中的上端槽中，第一支撐架構柱的另一端布置於底轉台螺槽中，將第二支撐架構柱一端旋入到上轉台螺槽中，按下通底豎梁，且將轉台圓槽在通底豎梁的上下端進行布置，以完全封閉通底豎梁，將第二支撐架構柱另一端連線到另一滲流監測裝置的上水平橫樑中的橫樑卡槽中，繞著通底豎梁旋動上下第一支撐架構柱和第二支撐架構柱以調整滲流監測裝置布置形式，從而與滲流待測區域待測結構有效吻合，將兩個滲流監測裝置之間的下水平橫樑依照上述同樣的步驟通過另一新的旋轉支架將不同的滲流監測裝置串聯連線，調整支撐架構柱的轉向，進而完成末端的滲流監測裝置布置，將所有滲流監測裝置中的標定光纖和滲流測量光纖與信息收集裝置連線；

第七步，打開信息收集裝置，首先將標定光纖的信息進行收集，去除其中與均值差別較大的光纖，且保留其溫度變化較小的幾根，將相互校正處理之後的標定光纖作為最終的標定光纖；

第八步，待滲流水體經過該區域時，通過上滲析棒和下滲析棒將滲流水體的熱量直接傳遞到滲流測量光纖處，實時記錄其變化情況，與第七步的標定光纖進行比對分析，辨識該處滲流狀態，當涉水結構物的滲流水體流過滲流監測裝置時，第一監測光纖單元和第二監測光纖單元內的第一載纖凹道和第二載纖凹道將流過的水體匯集，實時記錄信息採集裝置採集到的數據，且將採集到的數據值與標定光纖值進行差值，將差值結果繪製成時程曲線，若時程曲線變化較大，則該處即存在滲流水體，實現定位；通過上述同樣方法，分析滲流監測裝置中不同方向布置的監測光纖單元的時程曲線，若某一方向上監測光纖的時程曲線波動較大，則判定該方向上存在滲流水體，實現定向；進而，最終實現對涉水結構物滲漏定位與定向監測。

《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》的涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統，包括水平及豎直方向的四個監測光纖單元進行監測，每個監測光纖單元內有一根滲流測量光纖、兩根標定用光纖，四周環繞型布置可最大限度地監測來自不同方向的滲流狀況，極大地避免了某些方向上的滲流漏測情況，對於涉水結構物滲漏多維多向的準確定位和定向具有重要意義；且在只需要單獨布置某向滲流監測的區域，其四向的監測光纖單元可以單獨布設。

在《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》中，光纖信息收集裝置為常見的光功率計、OTDR光時域反射儀、PPP-BOTDA預泵浦布里淵光時域分析儀等裝置。

有益效果

《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》的涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法，監測光纖單元無需藉助外設熱源對其加熱即可進行監測，研發的滲流監測光纖單元系列化的外圓護壁，其上下對開的設計極大提升了實際工程中的運輸及布設的能力，滲流監測裝置的四向結構設計實現了全方位滲流監測，360°自由轉動設計可無死角地布置於任意待測位置，有效彌補了傳統監測技術及已有分散式光纖監測技術中的部分不足，具有無需加熱、分散式、多向性、同步性等特點，在降低監測成本、提升監測精度及工程實用化等方面具有突出優勢。

附圖說明

圖1為《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》的結構圖；

圖2為《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》的滲流監測裝置結構圖；

圖3為圖1中滲漏監測光纖單元結構圖；

圖4為外圓護壁結構圖；

圖5為圖1中上水平橫樑截面圖；

圖6為圖1中下水平橫樑截面圖；

圖7為圖1中自由轉台平面圖；

圖8為圖7中細部結構圖；

圖9為圖1中滲漏網篩細部結構圖。

其中：100-左凸邊外層；101-左凸邊中層；102-左凸邊內層；103-右凸邊外層；104-右凸邊中層；105-右凸邊內層；106-絕熱隔層；107-硬質護層；108-標定光纖；109-上凹邊中層；110-上凹邊外層；111-上凹邊內層；112-下凹邊中層；113-下凹邊內層；114-下凹邊外層；115-上滲析棒；116-下滲析棒；117-硬質鋼圈；118-滲流測量光纖；200-上載纖扣；201-左圓轉環；202-右圓轉環；203-外圓護壁；204-凹凸型載纖腔；205-下載纖扣；301-第一支撐架構柱；302-下旋轉螺紋端；303-上旋轉螺紋端；304-第二支撐架構柱；400-底轉台螺槽；401-通底豎梁；402-底圓轉台；403-上圓轉台；404-轉台圓槽；405-上轉台螺槽；500-下橫折梁；501-下連軸球；502-下弧形連柄；503-下載纖弧端；504-第二載纖凹道；505-上載纖弧端；506-上弧形連柄；507-上連軸球；508-上橫折梁；509-山形端梁；510-圓錐孔；511-山形凸柱；600-左載纖端；601-左連柄；602-左連球；603-右載纖端；604-右連柄；605-右連球；606-左架構梁；607-左銷軸；608-右架構梁；609-右銷軸；610-載纖護層；611-第一載纖凹道；612-上水平橫樑；613-上端槽；614-橫樑卡槽；615-下水平橫樑；616-下端槽；617-橫樑凸槽；618-滲漏網篩。

技術領域

《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》涉及一種涉水結構隱患的定位和定向，具體涉及一種涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法。

權利要求

1.一種涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統，其特徵在於：包括若干個通過旋轉支架連線的滲流監測裝置，所述滲流監測裝置包含前後對稱分布的第一滲流監測單元和左右對稱分布的第二滲流監測單元；所述第一滲流監測單元包含固定監測光纖單元的第一載纖凹道，第一載纖凹道外設有載纖護層，第一載纖凹道兩端分別設有左載纖端和右載纖端，左載纖端通過左連柄與左連球連線，右載纖端通過右連柄與右連球連線，左連球和右連球鉸接在橫樑支架兩端，橫樑支架向左右兩側延伸有左銷軸和右銷軸，監測光纖單元與信息收集裝置連線；所述第二滲流監測單元包含固定監測光纖單元的第二載纖凹道，第二載纖凹道的兩端分別設有上載纖弧端和下載纖弧端，上載纖弧端通過上弧形連柄與上連軸球連線，下載纖弧端通過下弧形連柄與下連軸球連線，上連軸球和下連軸球鉸接在山形端梁的兩端，山形端樑上延伸有山形凸柱，山形凸柱內設有與左銷軸和右銷軸配合的圓錐孔；所述旋轉支架包含第一支撐架構柱和第二支撐架構柱，所述第一支撐架構柱一端與橫樑支架連線，另一端與底圓轉台連線，底圓轉台上安裝有上圓轉台，第二支撐架構柱一端與另一個滲流監測裝置的橫樑支架連線，另一端插入到上圓轉台中，底圓轉台和上圓轉台中心安裝有通底豎梁，第一支撐架構柱和第二支撐架構柱可分別繞通底豎梁轉動，通底豎樑上下端設有轉台圓槽用於將通底豎梁封閉。

2.根據權利要求1所述的涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統，其特徵在於：所述橫樑支架包含上水平橫樑和與上水平橫樑連線的下水平橫樑，上水平橫樑和下水平橫樑的兩端分別延伸左架構梁和右架構梁，上水平橫樑和下水平橫樑的左架構梁和右架構梁分別與左連球和右連球鉸接，上水平橫樑和下水平橫樑的中部分別設有上端槽和下端槽，上端槽與第一支撐架構柱連線，下端槽與另一個旋轉支架的第一支撐架構柱連線。

3.根據權利要求2所述的涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統，其特徵在於：所述上水平橫樑設有T型狀橫樑卡槽，下水平橫樑設有沿T型狀橫樑卡槽運動的橫樑凸台。

4.根據權利要求1所述的涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統，其特徵在於：所述監測光纖單元包含一根滲流測量光纖和兩根標定光纖，兩根標定光纖位於滲流測量光纖的兩側，滲流測量光纖外套有硬質鋼圈，標定光纖從內到外依次套有絕熱隔層和硬質護層，滲流測量光纖外設有依次連線的上凹邊內層、左凸邊內層、下凹邊內層和右凸邊內層，上凹邊內層外依次設有上凹邊中層和上凹邊外層，左凸邊內層外依次設有左凸邊中層和左凸邊外層，下凹邊內層外依次設有下凹邊中層和下凹邊外層，右凸邊內層外依次設有右凸邊中層和右凸邊外層。

5.根據權利要求4所述的涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統，其特徵在於：所述滲流測量光纖兩邊分別與上滲析棒和下滲析棒連線，上滲析棒依次穿過硬質鋼圈、上凹邊內層、上凹邊中層和上凹邊外層與外界滲漏水流相接觸，下滲析棒依次穿過硬質鋼圈、下凹邊內層、下凹邊中層和下凹邊外層與外界滲漏水流相接觸。

6.根據權利要求5所述的涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統，其特徵在於：所述監測光纖單元外安裝有外圓護壁，所述外圓護壁包含左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁，左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁形成了凹凸型載纖腔，監測光纖單元位於凹凸型載纖腔內，左上外圓護壁和右上外圓護壁之間通過上載纖扣鎖緊，左下外圓護壁和右下外圓護壁通過下載纖扣鎖緊，左上外圓護壁和左下外圓護壁分別繞左圓轉環轉動，右上外圓護壁和右下外圓護壁分別繞右圓轉環轉動。

7.根據權利要求1所述的涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統，其特徵在於：所述第二載纖凹道內表面安裝有滲漏網篩，滲漏網篩的表面為蜂窩狀。

8.根據權利要求1所述的涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統，其特徵在於：所述左銷軸和右銷軸上均設有一圈圓弧凹槽，山形凸柱上表面上設有銷孔，銷孔內插入銷，通過銷插入圓弧凹槽固定左銷軸和右銷軸。

9.一種涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統的監測方法，其特徵在於，包括以下步驟：第一步，準備普通單模裸光纖數根，基於第一滲流監測單元和第二滲流監測單元結構，配備製作成數根定長度的監測光纖單元；第二步，繞著左圓轉環和右圓轉環將左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁打開，將監測光纖單元安置到凹凸型載纖腔內，然後旋動左圓轉環和右圓轉環將左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁合攏，利用上載纖扣和下載纖扣將兩端分布的左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁扣合，後將監測光纖單元纏繞到監測光纖單元滾輪上，運輸至滲流待監測部位；第三步，調節上水平橫樑上的橫樑卡槽，將下水平橫樑中的橫樑凸槽沿著橫樑卡槽直線滑動，最後將上水平橫樑與下水平橫樑旋在一起平行布置，後擰動左側的上下對稱分布的左銷軸，將其插入在左側山形凸柱中的圓錐孔，然後將銷插入銷孔中固定左銷軸，同樣方法，擰動右側的上下對稱分布的右銷軸，將其插入在右側山形凸柱中的圓錐孔中，然後將銷插入銷孔中固定右銷軸中；第四步，待將監測光纖單元運輸至待測區域之後，旋開上載纖扣及下載纖扣，打開左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁將監測光纖單元從凹凸型載纖腔中取出，將一定長度的監測光纖單元放置到兩端對稱分布的內壁設有滲漏網篩的第二載纖凹道中，將另一段定長度的監測光纖單元放置到內壁設有滲漏網篩的第一載纖凹道內；通過左側的下連軸球和上連軸球將配置有下弧形連柄、下載纖弧端和上弧形連柄、上載纖弧端的第二載纖凹道鉸接于山形端梁的兩端，同樣步驟，通過右側的連軸球和上連軸球將配置有下弧形連柄、下載纖弧端和上弧形連柄、上載纖弧端的第二載纖凹道鉸接于山形端梁的兩端；第五步，通過上端的左連球和右連球，將連線有左載纖端、左連柄和右載纖端、右連柄的第一載纖凹道鉸接到左架構梁及右架構樑上，同樣，通過下端的左連球和右連球，將連線有左載纖端、左連柄和右載纖端、右連柄的第一載纖凹道鉸接到左架構梁及右架構樑上，到此，始端的滲流監測裝置布置結束；第六步，將第一支撐架構柱一端插入到上水平橫樑中的上端槽中，第一支撐架構柱的另一端布置於底轉台螺槽中，將第二支撐架構柱一端插入到上轉台螺槽中，按下通底豎梁，且將轉台圓槽在通底豎梁的上下端進行布置，以完全封閉通底豎梁，將第二支撐架構柱另一端連線到另一滲流監測裝置的上水平橫樑中的橫樑卡槽中，繞著通底豎梁旋動上下第一支撐架構柱和第二支撐架構柱以調整滲流監測裝置布置形式，從而與滲流待測區域待測結構有效吻合，將兩個滲流監測裝置之間的下水平橫樑依照上述同樣的步驟通過另一新的旋轉支架將不同的滲流監測裝置串聯連線，調整支撐架構柱301的轉向，進而完成末端的滲流監測裝置布置，將所有滲流監測裝置中的標定光纖和滲流測量光纖與信息收集裝置連線；第七步，打開信息收集裝置，首先將標定光纖的信息進行收集，去除其中與均值差別較大的光纖，且保留其溫度變化較小的幾根，將相互校正處理之後的標定光纖作為最終的標定光纖；第八步，待滲流水體經過該區域時，通過上滲析棒和下滲析棒將滲流水體的熱量直接傳遞到滲流測量光纖處，實時記錄其變化情況，與第七步的標定光纖進行比對分析，辨識該處滲流狀態，當涉水結構物的滲流水體流過滲流監測裝置時，第一監測光纖單元和第二監測光纖單元內的第一載纖凹道和第二載纖凹道將流過的水體匯集，實時記錄信息採集裝置採集到的數據，且將數據值與標定光纖值進行差值，將差值結果繪製成時程曲線，若時程曲線變化較大，則該處即存在滲流水體，實現定位；通過上述同樣方法，分析滲流監測裝置中不同方向布置的監測光纖單元的時程曲線，若某一方向上監測光纖的時程曲線波動較大，則判定該方向上存在滲流水體，實現定向；進而，最終實現對涉水結構物滲漏定位與定向監測。

實施方式

如圖1至圖9所示，《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》的一種涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統，包括若干個通過旋轉支架連線的滲流監測裝置，所述滲流監測裝置包含前後對稱分布的第一滲流監測單元和左右對稱分布的第二滲流監測單元。

第一滲流監測單元包含固定監測光纖單元的第一載纖凹道611，第一載纖凹道611外設有載纖護層610，第一載纖凹道611兩端分別設有左載纖端600和右載纖端603，左載纖端600通過左連柄601與左連球602連線，右載纖端603通過右連柄604與右連球605連線，左連球602和右連球605鉸接在橫樑支架兩端，橫樑支架向左右兩側延伸有左銷軸607和右銷軸609。

第二滲流監測單元包含固定監測光纖單元的第二載纖凹道504，第二載纖凹道504的兩端分別設有上載纖弧端505和下載纖弧端503，上載纖弧端505通過上弧形連柄506與上連軸球507連線，下載纖弧端503通過下弧形連柄502與下連軸球501連線，山形端梁509兩端延伸有上橫折梁508和下橫折梁500，上連軸球507和下連軸球501鉸接在上橫折梁508和下橫折梁500上，山形端梁509上延伸有山形凸柱511，山形凸柱511內設有與左銷軸607和右銷軸609配合的圓錐孔510。

旋轉支架包含第一支撐架構柱301和第二支撐架構柱304，所述第一支撐架構柱301一端與橫樑支架連線，另一端與底圓轉台402連線，底圓轉台402上安裝有上圓轉台403，第二支撐架構柱304一端與另一個滲流監測裝置的橫樑支架連線，另一端插入到上圓轉台403中，底圓轉台402和上圓轉台403中心安裝有通底豎梁401，第一支撐架構柱301和第二支撐架構柱304可分別繞通底豎梁401轉動，通底豎梁401上下端設有轉台圓槽404用於將通底豎梁401封閉。

在《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》中，所述橫樑支架包含上水平橫樑612和與上水平橫樑612連線的下水平橫樑615，上水平橫樑612和下水平橫樑615的兩端分別延伸左架構梁606和右架構梁608，上水平橫樑612和下水平橫樑615的左架構梁606和右架構梁608分別與左連球602和右連球605鉸接，上水平橫樑612和下水平橫樑615的中部分別設有上端槽613和下端槽616，上端槽613與第一支撐架構柱301連線，下端槽616與另一個旋轉支架的第一支撐架構柱301連線。

在《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》中，所述上水平橫樑612設有T型狀橫樑卡槽614，下水平橫樑615設有沿T型狀橫樑卡槽614運動的橫樑凸台。

在《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》中，所述監測光纖單元包含一根滲流測量光纖118和兩根標定光纖108，兩根標定光纖108位於滲流測量光纖118的兩側，滲流測量光纖118和兩根標定光纖108通過在凹槽內填充填充物固定，滲流測量光纖118外套有硬質鋼圈117，標定光纖108外從內到外依次套有絕熱隔層106和硬質護層107，滲流測量光纖118外設有依次連線的上凹邊內層111、左凸邊內層102、下凹邊內層113和右凸邊內層105，上凹邊內層111外依次設有上凹邊中層109和上凹邊外層110，左凸邊內層102外依次設有左凸邊中層101和左凸邊外層100，下凹邊內層113外依次設有下凹邊中層112和下凹邊外層114，右凸邊內層105外依次設有右凸邊中層104和右凸邊外層103。凹形結構的最底端將極容易匯集周邊區域可能的滲流水體，放大了小滲流的作用效果，與最底端的滲析棒配套使用，大大提高了對微弱滲漏或初期滲漏的辨識能力，該弧形截面結構將最大程度地擴大滲流區域滲流水體在滲流測量光纖118上的停留時間及接觸面積，對於待測區滲流位置的定位具有較高的精度保證作用；除此之外，上凹邊外層110具有防滲、防腐性能，且設計了與其截面形狀類似的上凹邊中層109與上凹邊內層111緊接，三層凹狀設計結構提高了該滲流監測專用光纜的強度及韌性，可起到保護內部結構及延長使用壽命等效果。其中硬質護層107在絕熱隔層106的外部，絕熱隔層106內側與標定光纖108接觸，在滲流水體作用到待測區域時，在絕熱隔層106的作用下標定光線處於與外界無任何熱量接觸的狀態，其將作為參考標定用光纖，對稱分布布置的另一個標定光纖108可以對參考標定用光纖的結果進行二次校正，其將最大程度地確保參考標準的客觀準確性。左凸邊外層100和右凸邊外層103與凹邊外層相反的凸邊結構，該相反的對應設計大大增加了滲流專用光纜的截面積，提高了監測裝置與待測結構體之間更密實的接觸與連線，增強了監測裝置與待測結構體的協同性，且將其布置成左右各三層結構，作用之一是為了增加標定光纖108處的隔層厚度，且材料強度及韌性由內到外不斷增加，不但提高了其內部與標定光纖108的柔性過渡連線，還增加了抵抗外部的較大滲流水壓力的作用，左凸邊外層100和右凸邊外層103具有抗腐蝕性能，提高了其與滲流水體長期共存的能力，在可能摻雜腐蝕性離子的複雜環境下，其滲流監測具有較好功效。

在《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》中，所述滲流測量光纖118兩邊分別與上滲析棒115和下滲析棒116連線，上滲析棒115依次穿過硬質鋼圈117、上凹邊內層111、上凹邊中層109和上凹邊外層110與外界滲漏水流相接觸，下滲析棒116依次穿過硬質鋼圈117、下凹邊內層113、下凹邊中層112和下凹邊外層114與外界滲漏水流相接觸。

在《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》中，所述監測光纖單元外安裝有外圓護壁203，所述外圓護壁203包含左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁，左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁形成了凹凸型載纖腔204，監測光纖單元位於凹凸型載纖腔204內，左上外圓護壁和右上外圓護壁之間通過上載纖扣200鎖緊，左下外圓護壁和右下外圓護壁通過下載纖扣205鎖緊，左上外圓護壁和左下外圓護壁分別繞左圓轉環201轉動，右上外圓護壁和右下外圓護壁分別繞右圓轉環202轉動。外圓護壁203的近似圓形截面將凹凸設計的監測光纖單元中凹處部分進行二次補充，將布置於內部的滲流專用光纜組成一個外截面近似圓形的結構，彌補了其獨特結構所帶來的生產、運輸及布設中存在的可能弊端；外圓護壁203可以繞著左圓轉環201和右圓轉環202開啟，外圓護壁203內部的凹凸型載纖腔204可以將《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》的滲流專用光纜精密地嵌入到凹凸型載纖腔204內，外圓護壁203頂部和底端的上載纖扣200與下載纖扣205將外圓護壁203牢固閉合，防止外圓護壁203鬆動或者外界人為等其他因素的干擾；且外圓護壁203與凹凸型載纖腔204之間是空腔設計，為可能的使用操作預留了空間。

在《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》中，第一支撐架構柱301與上水平橫樑612中的上端槽613或者下水平橫樑615的下端槽616連線，第一支撐架構柱301另一端與底圓轉台402相連，下旋轉螺紋端302與底轉台螺槽400相連之後，其一端的滲流監測裝置可以圍繞著通底豎梁401進行與另一端滲流監測裝置無牴觸的360°無死角自由轉動，上旋轉螺紋端303的一端與其對應側的第二支撐架構柱304相連，上旋轉螺紋端303的另一端與上轉台螺槽405相連，其可以帶動通過對應側連結螺紋端相連線的滲流監測裝置繞著通底豎梁401在另一側做無干擾360°自由轉動；上圓轉台403與底圓轉台402上下錯動布置可以實現臨近裝置互不干擾的運轉，可以對不同待測區域進行任意角度及坡度布置，上下轉台圓槽404的布置結構將上圓轉台403與底圓轉台402牢固的固定於通底豎梁401處。

在《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》中，所述第二載纖凹道504內表面安裝有滲漏網篩618，滲漏網篩618的表面為蜂窩狀。

在《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》中，所述左銷軸607和右銷軸609上均設有一圈圓弧凹槽，山形凸柱511上表面上設有銷孔，銷孔內插入銷，通過銷插入圓弧凹槽固定左銷軸607和右銷軸609。

一種涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統的監測方法，包括以下步驟：

第一步，基於滲流待測區域的布置需要，確定滲流監測裝置的個數，基於本滲流待測區域初步擬定6個滲流監測裝置，準備普通單模裸光纖72根，基於滲流測量光纖單元的基本構造，配備製作成24個定長度的監測光纖單元；

第二步，繞著左圓轉環201和右圓轉環202將左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁打開，將監測光纖單元安置到凹凸型載纖腔204內，然後旋動左圓轉環201和右圓轉環202將左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁合攏，利用上載纖扣200和下載纖扣205將兩端分布的左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁扣合，後將監測光纖單元纏繞到光纜滾輪上，將24個監測光纖單元運輸至滲流待監測部位；

第三步，調節上水平橫樑612上的橫樑卡槽614，將下水平橫樑615中的橫樑凸槽617沿著橫樑卡槽614直線滑動，最後將上水平橫樑612與下水平橫樑615旋在一起平行布置，後擰動左側的上下對稱分布的左銷軸607，將左銷軸607插入在左側山形凸柱511607中的圓錐孔，然後將銷插入銷孔中固定左銷軸，將其擰緊在左側山形凸柱511中的圓錐孔510，同樣方法，擰動右側的上下對稱分布的右銷軸609，將其插入在右側山形凸柱511中的圓錐孔中，然後將銷插入銷孔中固定右銷軸609中；

第四步，待將監測光纖單元運輸至待測區域之後，旋開上載纖扣200及下載纖扣205，打開左上外圓護壁、左下外圓護壁、右上外圓護壁和右下外圓護壁將監測光纖單元從凹凸型載纖腔204中取出，將一定長度的監測光纖單元放置到兩端對稱分布的內壁設有滲漏網篩618的第二載纖凹道504中，將另一段定長度的監測光纖單元放置到內壁設有滲漏網篩的618的第一載纖凹道611內；通過左側的下連軸球501和上連軸球507將配置有下弧形連柄502、下載纖弧端503和上弧形連柄506、上載纖弧端505的第二載纖凹道504鉸接于山形端梁509的兩端，同樣步驟，通過右側的下連軸球501和上連軸球507將配置有下弧形連柄502、下載纖弧端503和上弧形連柄506、上載纖弧端505的第二載纖凹道504鉸接于山形端梁509的兩端；

第五步，通過上端的左連球602和右連球605，將連線有左載纖端600、左連柄601和右載纖端603、右連柄604的第一載纖凹道611鉸接到左架構梁606及右架構梁608上，同樣，通過下端的左連球602和右連球605，將連線有左載纖端600、左連柄601和右載纖端603、右連柄604的第一載纖凹道611鉸接到左架構梁606及右架構梁608上，到此，始端的滲流監測裝置布置結束；

第六步，將第一支撐架構柱301一端插入到上水平橫樑612中的上端槽613中，第一支撐架構柱301的另一端布置於底轉台螺槽400中，將第二支撐架構柱304一端旋入到上轉台螺槽405中，按下通底豎梁401，且將轉台圓槽404在通底豎梁401的上下端進行布置，以完全封閉通底豎梁401，將第二支撐架構柱304另一端連線到另一滲流監測裝置的上水平橫樑612中的橫樑卡槽614中，繞著通底豎梁401旋動上下第一支撐架構柱301和第二支撐架構柱304以調整其布置形式，從而與滲流待測區域待測結構有效吻合，將兩個滲流監測裝置之間的下水平橫樑615依照上述同樣的步驟，通過另一旋轉支架將不同的滲流監測裝置串聯連線，調整支撐架構柱301的轉向，進而完成末端的滲流監測裝置布置，將所有滲流監測裝置中的標定光纖和滲流測量光纖與信息收集裝置連線；

第七步，按照上述同樣的方法，將處於不同位置處的6個滲流監測裝置，通過5個旋轉支架依次進行連線，使用DVP-730H型號光纖熔接機將每個滲流監測裝置中的光纖進行熔接，後用塑膠外套管進行保護；

第八步，打開光纖光信息收集裝置，首先將標定光纖108的信息進行收集，使用光纖解調設備解調各標定光纖溫度數值，該時刻下各標定光纖的溫度數值參見表1，去除與均值差別較大的光纖Tl5、Tl6、Tr7、Tr8，保留其溫度變化較小的幾根Th1、Th2、Tb3、Tb4，將相互校正處理之後的光纖作為最終的標定光纖數值，其值為10.59℃；

表1各標定光纖的溫度數值表

表1

第九步，待滲流水體經過該區域時，待上滲析棒115和下滲析棒116將滲流水體的熱量傳遞到滲流測量光纖118處，記錄其實時變化情況，使用光纖光信息解調儀解調不同方向上的監測光纖單元，得出該時刻不同方向上第4滲流監測裝置與第5滲流監測裝置之間的滲流測量光纖118的數值，具體見表2。

表2滲流測量光纖解調信息值

表2

該時刻下、第4滲流監測裝置與第5滲流監測裝置之間的距離範圍內，與第八步標定光纖進行比對的結果具體參見表2最後一列，該時刻、監測距離範圍內，左端第二滲流單元滲流測量光纖出現數值明顯偏大的情況，可能存在滲漏問題，且滲漏位置發生在左側方向；進一步，繪製本監測距離範圍內各個時刻的滲流測量光纖解調溫度與標定光纖溫度差值的絕對值曲線，從而近一步觀察整個時程變化，若整個時程變化曲線很平穩且基本在零值左右，則判定無滲漏情況，若時程變化曲線波動較大則表明該處存在滲漏，且滲漏不斷變化，需要引起注意；通過監測不同側的滲漏情況，判斷來自不同方向的滲漏，基於本次監測分析的時程變化曲線，得出來自左端的滲漏情況較嚴重，需要後續加強監測，通過監測不同滲流監測裝置之間範圍內的滲流測量光纖的時程曲線變化，來分析不同位置處的滲漏情況，通過分析，發現其他部位及方向處時程變化曲線基本在零附近，基本可以斷定沒有滲漏情況存在；最終，實現對涉水結構物待測區域滲漏定位與定向監測。

榮譽表彰

2018年12月20日，《涉水結構物滲漏無熱源光纖定位定向系統及監測方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。