相似材料模型试验中传感光纤布设装置及布设方法

摘要

本发明提供相似材料模型试验中传感光纤布设装置和布设方法，包括固定板、伸缩杆、连接板及光纤固定板，固定板下表面与伸缩杆连接，连接板上表面与伸缩杆连接，伸缩杆由正反扣的螺母和正反丝的螺杆构成，光纤固定板上设有U形槽及固定光纤的钢板和螺孔。布设方法为：将传感光纤两端各设置一个该装置，并与模型架连接；光纤通过U形槽放置在光纤固定板中央，将定制橡胶贴合放置在光纤与光纤固定板间的空隙中，并通过螺丝、钢片将橡胶紧固在U形槽内，使用螺丝将光纤固定板和连接板紧固为一体，通过把手旋转伸缩杆实现传感光纤的顺直固定，使传感光纤在模型铺设过程中存在一定张力，与模型材料更好的耦合，提高试验的简便性和试验结果的可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及相似材料模型试验领域，特别涉及物理模型试验中传感光纤布设装置及布设方法。

背景技术

分布式光纤感测技术是根据沿线光能量的分布特征，获取传感光纤区域内随时间和空间变化的被测量分布信息，在矿山、建筑等众多领域的物理相似模型试验中应用越来越广泛。物理相似模型中铺设传感光纤时，受传感光纤与相似材料的变形模量影响，铺设的传感光纤处于松弛状态，难以保证传感光纤处于设计的顺直状态，导致试验初期通过传感光纤得到的监测数据与实际变形之间存在失真问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明意在提供相似材料模型试验中传感光纤布设装置及布设方法，以解决传感光纤在相似材料模型铺设过程中直线固定问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

相似材料模型试验中传感光纤布设装置，包括光纤固定板，以及将光纤固定板固定于模型架且使两者间距可调的连接机构；光纤固定板上设有供光纤穿过的通孔；还包括将穿过通孔的光纤固定在光纤固定板上的固定机构。

进一步的，所述连接机构包括自上而下依次连接的固定板、伸缩杆、连接板；固定板与模型架连接，连接板与光纤固定板连接；连接板与光纤固定板之间留有间隙，间隙2～3cm。

进一步的，所述伸缩杆包括正丝螺杆、反丝螺杆及正反扣螺母，正丝螺杆、反丝螺杆分别与正反扣螺母螺旋连接，正丝螺杆、反丝螺杆分别与固定板和连接板连接。

进一步的，所述通孔为圆台形；所述固定机构包括设置于通孔与光纤之间的空隙内的橡胶，以及带有供光纤穿过的圆孔的位于通孔大开口一侧的钢片和将钢片固定于光纤固定板的螺丝。

进一步的，连接板及光纤固定板之间至少连接有两个螺丝，连接板及光纤固定板之间的螺丝上套有套管。

进一步的，所述光纤固定板上设有直径与光纤匹配的U型槽，在U型槽底部为通孔，顶端为光纤固定板的边。

基于上述装置的相似材料模型试验中传感光纤布设方法，包括如下步骤：

步骤1：将两个相似材料模型试验中传感光纤布设装置对称安装在模型架上，将传感光纤两端分别固定在两个光纤固定板的通孔内；

步骤2：根据试验设计要求通过把手旋转伸缩杆，实现传感光纤的顺直固定，并使其具有一定张力；

步骤3：根据试验要求在模型相似材料中设置一条或多条传感光纤，每条传感光纤按步骤1～2要求进行传感光纤的布设；

步骤4：根据试验要求铺设模型相似材料，在模型铺设结束，相似材料强度达到试验要求后，反旋伸缩杆，放松传感光纤，完成传感光纤在相似材料模型中的布设，并与周围岩土体材料协同变形。

有益效果：使用时，将传感光纤放置在U形槽内，将定制橡胶放置在圆孔与传感光纤的空隙间，并通过钢片进行固定。根据前述方式在传感光纤两端各设置一个相似材料模型试验中传感光纤布设装置，与模型架连接。通过上述装置和方法，保证相似材料模型中传感光纤始终处于顺直状态，并具有一定张力，增强传感光纤与模型材料的耦合效果，提高物理模型试验的测试精度。

附图说明

图1为本发明的相似材料模型试验中传感光纤布设装置的主视图；

图2为本发明的相似材料模型试验中传感光纤布设装置的剖视图；

图3为图2中A-A’截面的剖视图；

图4为本发明的相似材料模型试验中传感光纤布设装置在模型架上的布置图。

图中：10-固定板；20-伸缩杆；30-连接板；40-光纤固定板；50-传感光纤；60-模型架；70-相似材料；11-第一通孔；21-正丝螺杆；22-正反扣螺母；23-把手；24-反丝螺杆；41-第一螺孔；42-第二螺孔；43-U形槽；44-螺丝；45-套管；46-螺丝；47-钢片；48-定制橡胶。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用限定本发明。

如附图1所示，本发明所述的相似材料模型试验中传感光纤布设装置的具体实施方式，包括固定板10、伸缩杆20、连接板30、光纤固定板40。

参阅附图1-4，作为本发明提供的相似材料模型试验中传感光纤布设装置的具体实施方式，优选的，固定板10为圆形钢板，直径为6cm，厚度3mm，设有2个与模型架固定的通孔，通孔直径8mm，供固定螺丝通过。

作为本发明提供的相似材料模型试验中传感光纤布设装置及布设方法的具体实施方式，优选的，伸缩杆20由正丝螺杆21、反丝螺杆24及正反扣螺母22组成，螺杆、螺母型号为M10。

伸缩杆的正反扣螺母22上设有把手23，伸缩杆20上、下端分别与固定板10和连接板30进行焊接固定，使用时可以通过把手23正反旋转正反扣螺母22调节伸缩杆22的长度；实现传感光纤50松紧程度的调节。

作为本发明提供的相似材料模型试验中传感光纤布设装置的具体实施方式，优选的，连接板30为圆形，直径6cm，厚度1cm，下表面设有与光纤固定板40连接的螺孔。

作为本发明提供的相似材料模型试验中传感光纤布设装置的具体实施方式，优选的，光纤固定板40为圆形，直径6cm，厚度1cm，设有供固定光纤的U形槽43，U形槽43宽度(2.5mm)与传感光纤50直径(2mm)相适应，U形槽43底部为板中央直径大于光纤直径的圆孔，圆孔呈上口大下口小(上口直径6mm，下口直径4mm)的圆台形，且光纤固定板40上设有第一螺孔41(型号M8)，通过螺丝44(型号M8)与连接板30连接，使用时定制橡胶48(高度1cm，直径4.5～6.5mm，略大于通孔直径)，橡胶为两个半圆状，放在传感光纤50与U形槽43圆孔间的空隙，并通过钢片47(厚度2mm)和螺丝46(型号M4)进行固定。

作为本发明提供的相似材料模型试验中传感光纤布设装置的具体实施方式，优选的，光纤固定板40与连接板30之间的螺丝外设有套管45(内径10mm)，使光纤固定板与连接板之间留有一定空隙，空隙2～3cm，防止将传感光纤50弯折。

作为本发明提供的相似材料模型试验中传感光纤布设装置的具体实施方式，优选的，布设方法包括以下步骤：

步骤1：对相似材料模型试验中传感光纤布设装置进行组装，将传感光纤两端固定在两个光纤固定板40中央，并通过固定板10分别与模型架60连接；

步骤2：根据试验设计要求通过把手旋转伸缩杆，拉紧光纤，实现传感光纤的顺直固定，并使其具有一定张力；

步骤3：根据试验要求在模型相似材料70中设置一条或多条传感光纤50，每条传感光纤按步骤1～2要求进行传感光纤的布设；

步骤4：根据试验要求铺设模型相似材料70，在模型铺设结束，相似材料强度达到试验要求后，反旋伸缩杆，放松传感光纤，完成传感光纤在相似材料模型中的布设，并与周围岩土体材料协同变形。

通过上述装置和方法，保证相似材料模型中传感光纤始终处于顺直状态，并具有一定张力，增强传感光纤与模型材料的耦合效果，提高物理模型试验的测试精度。