图1为《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》的结构图；

图2为《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》的渗流监测装置结构图；

图3为图1中渗漏监测光纤单元结构图；

图4为外圆护壁结构图；

图5为图1中上水平横梁截面图；

图6为图1中下水平横梁截面图；

图7为图1中自由转台平面图；

图8为图7中细部结构图；

图9为图1中渗漏网筛细部结构图。

其中：100-左凸边外层；101-左凸边中层；102-左凸边内层；103-右凸边外层；104-右凸边中层；105-右凸边内层；106-绝热隔层；107-硬质护层；108-标定光纤；109-上凹边中层；110-上凹边外层；111-上凹边内层；112-下凹边中层；113-下凹边内层；114-下凹边外层；115-上渗析棒；116-下渗析棒；117-硬质钢圈；118-渗流测量光纤；200-上载纤扣；201-左圆转环；202-右圆转环；203-外圆护壁；204-凹凸型载纤腔；205-下载纤扣；301-第一支撑架构柱；302-下旋转螺纹端；303-上旋转螺纹端；304-第二支撑架构柱；400-底转台螺槽；401-通底竖梁；402-底圆转台；403-上圆转台；404-转台圆槽；405-上转台螺槽；500-下横折梁；501-下连轴球；502-下弧形连柄；503-下载纤弧端；504-第二载纤凹道；505-上载纤弧端；506-上弧形连柄；507-上连轴球；508-上横折梁；509-山形端梁；510-圆锥孔；511-山形凸柱；600-左载纤端；601-左连柄；602-左连球；603-右载纤端；604-右连柄；605-右连球；606-左架构梁；607-左销轴；608-右架构梁；609-右销轴；610-载纤护层；611-第一载纤凹道；612-上水平横梁；613-上端槽；614-横梁卡槽；615-下水平横梁；616-下端槽；617-横梁凸槽；618-渗漏网筛。

涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法专利目的

《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》提供一种涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法，具有无需加热、分布式、多向性、同步性等特点，在降低监测成本、提升监测精度及工程实用化等方面具有突出优势。

涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法技术方案

《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》的一种涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统，包括若干个通过旋转支架连接的渗流监测装置，所述渗流监测装置包含前后对称分布的第一渗流监测单元和左右对称分布的第二渗流监测单元；

所述第一渗流监测单元包含固定监测光纤单元的第一载纤凹道，第一载纤凹道外设有载纤护层，第一载纤凹道两端分别设有左载纤端和右载纤端，左载纤端通过左连柄与左连球连接，右载纤端通过右连柄与右连球连接，左连球和右连球铰接在横梁支架两端，横梁支架向左右两侧延伸有左销轴和右销轴；

所述第二渗流监测单元包含固定监测光纤单元的第二载纤凹道，第二载纤凹道的两端分别设有上载纤弧端和下载纤弧端，上载纤弧端通过上弧形连柄与上连轴球连接，下载纤弧端通过下弧形连柄与下连轴球连接，上连轴球和下连轴球铰接在山形端梁的两端，山形端梁上延伸有山形凸柱，山形凸柱内设有与左销轴和右销轴配合的圆锥孔；

所述旋转支架包含第一支撑架构柱和第二支撑架构柱，所述第一支撑架构柱一端与横梁支架连接，另一端与底圆转台连接，底圆转台上安装有上圆转台，第二支撑架构柱一端与另一个渗流监测装置的横梁支架连接，另一端插入到上圆转台中，底圆转台和上圆转台中心安装有通底竖梁，第一支撑架构柱和第二支撑架构柱可分别绕通底竖梁转动，通底竖梁上下端设有转台圆槽用于将通底竖梁封闭。

作为优选，所述横梁支架包含上水平横梁和与上水平横梁连接的下水平横梁，上水平横梁和下水平横梁的两端分别延伸左架构梁和右架构梁，上水平横梁和下水平横梁的左架构梁和右架构梁分别与左连球和右连球铰接，上水平横梁和下水平横梁的中部分别设有上端槽和下端槽，上端槽与第一支撑架构柱连接，下端槽与另一个旋转支架的第一支撑架构柱连接。

作为优选，所述上水平横梁设有T型状横梁卡槽，下水平横梁设有沿T型状横梁卡槽运动的横梁凸台。

作为优选，所述监测光纤单元包含一根渗流测量光纤和两根标定光纤，两根标定光纤位于渗流测量光纤的两侧，渗流测量光纤外套有硬质钢圈，标定光纤从内到外依次套有绝热隔层和硬质护层，渗流测量光纤外设有依次连接的上凹边内层、左凸边内层、下凹边内层和右凸边内层，上凹边内层外依次设有上凹边中层和上凹边外层，左凸边内层外依次设有左凸边中层和左凸边外层，下凹边内层外依次设有下凹边中层和下凹边外层，右凸边内层外依次设有右凸边中层和右凸边外层。凹形结构的最底端将极容易汇集周边区域可能的渗流水体，放大了小渗流的作用效果，与最底端的渗析棒配套使用，大大提高了对微弱渗漏或初期渗漏的辨识能力，该弧形截面结构将最大程度地扩大渗流区域渗流水体在渗流测量光纤上的停留时间及接触面积，对于待测区渗流位置的定位具有较高的精度保证作用；除此之外，上凹边外层具有防渗、防腐性能，且设计了与其截面形状类似的上凹边中层与上凹边内层紧接，三层凹状设计结构提高了该渗流监测专用光缆的强度及韧性，可起到保护内部结构及延长使用寿命等效果。其中硬质护层在绝热隔层的外部，绝热隔层内侧与标定光纤接触，在渗流水体作用到待测区域时，在绝热隔层的作用下标定光线处于与外界无任何热量接触的状态，其将作为参考标定用光纤，对称分布布置的另一个标定光纤可以对参考标定用光纤的结果进行二次校正，其将最大程度地确保参考标准的客观准确性。左凸边外层和右凸边外层与凹边外层相反的凸边结构，该相反的对应设计大大增加了渗流专用光缆的截面积，提高了监测装置与待测结构体之间更密实的接触与连接，增强了监测装置与待测结构体的协同性，且将其布置成左右各三层结构，作用之一是为了增加标定光纤处的隔层厚度，且材料强度及韧性由内到外不断增加，不但提高了其内部与标定光纤的柔性过渡连接，还增加了抵抗外部的较大渗流水压力的作用，左凸边外层和右凸边外层具有抗腐蚀性能，提高了其与渗流水体长期共存的能力，在可能掺杂腐蚀性离子的复杂环境下，其渗流监测具有较好功效。

作为优选，所述渗流测量光纤两边分别与上渗析棒和下渗析棒连接，上渗析棒依次穿过硬质钢圈、上凹边内层、上凹边中层和上凹边外层与外界渗漏水流相接触，下渗析棒依次穿过硬质钢圈、下凹边内层、下凹边中层和下凹边外层与外界渗漏水流相接触。

作为优选，所述监测光纤单元外安装有外圆护壁，所述外圆护壁包含左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁，左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁形成了凹凸型载纤腔，监测光纤单元位于凹凸型载纤腔内，左上外圆护壁和右上外圆护壁之间通过上载纤扣锁紧，左下外圆护壁和右下外圆护壁通过下载纤扣锁紧，左上外圆护壁和左下外圆护壁分别绕左圆转环转动，右上外圆护壁和右下外圆护壁分别绕右圆转环转动。外圆护壁的近似圆形截面将凹凸设计的监测光纤单元中凹处部分进行二次补充，将布置于内部的渗流专用光缆组成一个外截面近似圆形的结构，弥补了其独特结构所带来的生产、运输及布设中存在的可能弊端；外圆护壁可以绕着左圆转环和右圆转环开启，外圆护壁内部的凹凸型载纤腔可以将《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》的渗流专用光缆精密地嵌入到凹凸型载纤腔内，外圆护壁顶部和底端的上载纤扣与下载纤扣将外圆护壁牢固闭合，防止外圆护壁松动或者外界人为等其他因素的干扰；且外圆护壁与凹凸型载纤腔之间是空腔设计，为可能的使用操作预留了空间。

在《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》中，第一支撑架构柱与上水平横梁中的上端槽或者下水平横梁的下端槽连接，第一支撑架构柱另一端与底圆转台相连，下旋转螺纹端与底转台螺槽相连之后，其一端的渗流监测装置可以围绕着通底竖梁进行与另一端渗流监测装置无抵触的360°无死角自由转动，上旋转螺纹端的一端与其对应侧的支撑架构柱相连，上旋转螺纹端的另一端与上转台螺槽相连，其可以带动通过对应侧链接螺纹端相连接的渗流监测装置绕着通底竖梁在另一侧做无干扰360°自由转动；上圆转台与底圆转台上下错动布置可以实现临近装置互不干扰的运转，可以对不同待测区域进行任意角度及坡度布置，上下转台圆槽的布置结构将上圆转台与底圆转台牢固的固定于通底竖梁处。

作为优选，所述第二载纤凹道内表面安装有渗漏网筛，渗漏网筛的表面为蜂窝状。

作为优选，所述左销轴和右销轴上均设有一圈圆弧凹槽，山形凸柱上表面上设有销孔，销孔内插入销，通过销插入圆弧凹槽固定左销轴和右销轴。

一种涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统的监测方法，包括以下步骤：

第一步，准备普通单模裸光纤数根，基于第一渗流监测单元和第二渗流监测单元结构，配备制作成数根定长度的监测光纤单元；

第二步，绕着左圆转环和右圆转环将左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁打开，将监测光纤单元安置到凹凸型载纤腔内，然后旋动左圆转环和右圆转环将左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁合拢，利用上载纤扣和下载纤扣将两端分布的左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁扣合，后将监测光纤单元缠绕到监测光纤单元滚轮上，运输至渗流待监测部位；

第三步，调节上水平横梁上的横梁卡槽，将下水平横梁中的横梁凸槽沿着横梁卡槽直线滑动，最后将上水平横梁与下水平横梁旋在一起平行布置，后拧动左侧的上下对称分布的左销轴，将其插入在左侧山形凸柱中的圆锥孔，然后将销插入销孔中固定左销轴，同样方法，拧动右侧的上下对称分布的右销轴，将其插入在右侧山形凸柱中的圆锥孔中，然后将销插入销孔中固定右销轴中；

第四步，待将监测光纤单元运输至待测区域之后，旋开上载纤扣及下载纤扣，打开左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁将监测光纤单元从凹凸型载纤腔中取出，将一定长度的监测光纤单元放置到两端对称分布的内壁设有渗漏网筛的第二载纤凹道中，将另一段定长度的监测光纤单元放置到内壁设有渗漏网筛的第一载纤凹道内；通过左侧的下连轴球和上连轴球将配置有下弧形连柄、下载纤弧端和上弧形连柄、上载纤弧端的第二载纤凹道铰接于山形端梁的两端，同样步骤，通过右侧的连轴球和上连轴球将配置有下弧形连柄、下载纤弧端和上弧形连柄、上载纤弧端的第二载纤凹道铰接于山形端梁的两端；

第五步，通过上端的左连球和右连球，将连接有左载纤端、左连柄和右载纤端、右连柄的第一载纤凹道铰接到左架构梁及右架构梁上，同样，通过下端的左连球和右连球，将连接有左载纤端、左连柄和右载纤端、右连柄的第一载纤凹道铰接到左架构梁及右架构梁上，到此，始端的渗流监测装置布置结束；

第六步，将第一支撑架构柱一端插入到上水平横梁中的上端槽中，第一支撑架构柱的另一端布置于底转台螺槽中，将第二支撑架构柱一端旋入到上转台螺槽中，按下通底竖梁，且将转台圆槽在通底竖梁的上下端进行布置，以完全封闭通底竖梁，将第二支撑架构柱另一端连接到另一渗流监测装置的上水平横梁中的横梁卡槽中，绕着通底竖梁旋动上下第一支撑架构柱和第二支撑架构柱以调整渗流监测装置布置形式，从而与渗流待测区域待测结构有效吻合，将两个渗流监测装置之间的下水平横梁依照上述同样的步骤通过另一新的旋转支架将不同的渗流监测装置串联连接，调整支撑架构柱的转向，进而完成末端的渗流监测装置布置，将所有渗流监测装置中的标定光纤和渗流测量光纤与信息收集装置连接；

第七步，打开信息收集装置，首先将标定光纤的信息进行收集，去除其中与均值差别较大的光纤，且保留其温度变化较小的几根，将相互校正处理之后的标定光纤作为最终的标定光纤；

第八步，待渗流水体经过该区域时，通过上渗析棒和下渗析棒将渗流水体的热量直接传递到渗流测量光纤处，实时记录其变化情况，与第七步的标定光纤进行比对分析，辨识该处渗流状态，当涉水结构物的渗流水体流过渗流监测装置时，第一监测光纤单元和第二监测光纤单元内的第一载纤凹道和第二载纤凹道将流过的水体汇集，实时记录信息采集装置采集到的数据，且将采集到的数据值与标定光纤值进行差值，将差值结果绘制成时程曲线，若时程曲线变化较大，则该处即存在渗流水体，实现定位；通过上述同样方法，分析渗流监测装置中不同方向布置的监测光纤单元的时程曲线，若某一方向上监测光纤的时程曲线波动较大，则判定该方向上存在渗流水体，实现定向；进而，最终实现对涉水结构物渗漏定位与定向监测。

《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》的涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统，包括水平及竖直方向的四个监测光纤单元进行监测，每个监测光纤单元内有一根渗流测量光纤、两根标定用光纤，四周环绕型布置可最大限度地监测来自不同方向的渗流状况，极大地避免了某些方向上的渗流漏测情况，对于涉水结构物渗漏多维多向的准确定位和定向具有重要意义；且在只需要单独布置某向渗流监测的区域，其四向的监测光纤单元可以单独布设。

在《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》中，光纤信息收集装置为常见的光功率计、OTDR光时域反射仪、PPP-BOTDA预泵浦布里渊光时域分析仪等装置。

涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法有益效果

《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》的涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法，监测光纤单元无需借助外设热源对其加热即可进行监测，研发的渗流监测光纤单元系列化的外圆护壁，其上下对开的设计极大提升了实际工程中的运输及布设的能力，渗流监测装置的四向结构设计实现了全方位渗流监测，360°自由转动设计可无死角地布置于任意待测位置，有效弥补了传统监测技术及已有分布式光纤监测技术中的部分不足，具有无需加热、分布式、多向性、同步性等特点，在降低监测成本、提升监测精度及工程实用化等方面具有突出优势。

渗流是影响水工、海工以及地下工程等中涉水结构物安全长效服役的重要因素和突出病害，尤其对于土石坝、堤防等土石结构物，大量破坏甚至失事是由于程度不同的渗漏及渗漏衍生的各种问题所致，据统计，中国堤防溃决90％以上、土石坝工程中超过三分之一破坏缘于渗漏。研发先进实用的渗漏定位与定向仪器、装置和辨识方法，可靠探测涉水结构物内渗漏发生的位置、范围、方向以及大小，及时采取有效的防渗抗渗措施，对保障工程安全具有极其重要的意义。

截至2014年12月，对于涉水结构物渗漏定位与定向监测，多借助点式渗流传感器，但由于测点有限，常出现漏检情况，且传统渗流传感器多存在体积大、引线多、亲和性差等不足。随着分布式光纤传感监测技术的发展，研发可用于涉水结构物渗漏位置和方向的分布式光纤辨识装置及方法，日益引起工程界和科技工作者的关注与投入。但中国国内外已有的分布式光纤测渗技术，多需借助外设热源对待测光纤给予加热，若在加热中发生外包装层破损或者漏电等情况，将对操作人员的人身安全造成威胁，且影响监测结果；另外，在涉水结构物服役环境中，外设电流加热系统常难于保证，极大阻碍了该技术在实际工程中的应用和推广。

《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》涉及一种涉水结构隐患的定位和定向，具体涉及一种涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法。

1.一种涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统，其特征在于：包括若干个通过旋转支架连接的渗流监测装置，所述渗流监测装置包含前后对称分布的第一渗流监测单元和左右对称分布的第二渗流监测单元；所述第一渗流监测单元包含固定监测光纤单元的第一载纤凹道，第一载纤凹道外设有载纤护层，第一载纤凹道两端分别设有左载纤端和右载纤端，左载纤端通过左连柄与左连球连接，右载纤端通过右连柄与右连球连接，左连球和右连球铰接在横梁支架两端，横梁支架向左右两侧延伸有左销轴和右销轴，监测光纤单元与信息收集装置连接；所述第二渗流监测单元包含固定监测光纤单元的第二载纤凹道，第二载纤凹道的两端分别设有上载纤弧端和下载纤弧端，上载纤弧端通过上弧形连柄与上连轴球连接，下载纤弧端通过下弧形连柄与下连轴球连接，上连轴球和下连轴球铰接在山形端梁的两端，山形端梁上延伸有山形凸柱，山形凸柱内设有与左销轴和右销轴配合的圆锥孔；所述旋转支架包含第一支撑架构柱和第二支撑架构柱，所述第一支撑架构柱一端与横梁支架连接，另一端与底圆转台连接，底圆转台上安装有上圆转台，第二支撑架构柱一端与另一个渗流监测装置的横梁支架连接，另一端插入到上圆转台中，底圆转台和上圆转台中心安装有通底竖梁，第一支撑架构柱和第二支撑架构柱可分别绕通底竖梁转动，通底竖梁上下端设有转台圆槽用于将通底竖梁封闭。

2.根据权利要求1所述的涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统，其特征在于：所述横梁支架包含上水平横梁和与上水平横梁连接的下水平横梁，上水平横梁和下水平横梁的两端分别延伸左架构梁和右架构梁，上水平横梁和下水平横梁的左架构梁和右架构梁分别与左连球和右连球铰接，上水平横梁和下水平横梁的中部分别设有上端槽和下端槽，上端槽与第一支撑架构柱连接，下端槽与另一个旋转支架的第一支撑架构柱连接。

3.根据权利要求2所述的涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统，其特征在于：所述上水平横梁设有T型状横梁卡槽，下水平横梁设有沿T型状横梁卡槽运动的横梁凸台。

4.根据权利要求1所述的涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统，其特征在于：所述监测光纤单元包含一根渗流测量光纤和两根标定光纤，两根标定光纤位于渗流测量光纤的两侧，渗流测量光纤外套有硬质钢圈，标定光纤从内到外依次套有绝热隔层和硬质护层，渗流测量光纤外设有依次连接的上凹边内层、左凸边内层、下凹边内层和右凸边内层，上凹边内层外依次设有上凹边中层和上凹边外层，左凸边内层外依次设有左凸边中层和左凸边外层，下凹边内层外依次设有下凹边中层和下凹边外层，右凸边内层外依次设有右凸边中层和右凸边外层。

5.根据权利要求4所述的涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统，其特征在于：所述渗流测量光纤两边分别与上渗析棒和下渗析棒连接，上渗析棒依次穿过硬质钢圈、上凹边内层、上凹边中层和上凹边外层与外界渗漏水流相接触，下渗析棒依次穿过硬质钢圈、下凹边内层、下凹边中层和下凹边外层与外界渗漏水流相接触。

6.根据权利要求5所述的涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统，其特征在于：所述监测光纤单元外安装有外圆护壁，所述外圆护壁包含左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁，左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁形成了凹凸型载纤腔，监测光纤单元位于凹凸型载纤腔内，左上外圆护壁和右上外圆护壁之间通过上载纤扣锁紧，左下外圆护壁和右下外圆护壁通过下载纤扣锁紧，左上外圆护壁和左下外圆护壁分别绕左圆转环转动，右上外圆护壁和右下外圆护壁分别绕右圆转环转动。

7.根据权利要求1所述的涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统，其特征在于：所述第二载纤凹道内表面安装有渗漏网筛，渗漏网筛的表面为蜂窝状。

8.根据权利要求1所述的涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统，其特征在于：所述左销轴和右销轴上均设有一圈圆弧凹槽，山形凸柱上表面上设有销孔，销孔内插入销，通过销插入圆弧凹槽固定左销轴和右销轴。

9.一种涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，准备普通单模裸光纤数根，基于第一渗流监测单元和第二渗流监测单元结构，配备制作成数根定长度的监测光纤单元；第二步，绕着左圆转环和右圆转环将左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁打开，将监测光纤单元安置到凹凸型载纤腔内，然后旋动左圆转环和右圆转环将左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁合拢，利用上载纤扣和下载纤扣将两端分布的左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁扣合，后将监测光纤单元缠绕到监测光纤单元滚轮上，运输至渗流待监测部位；第三步，调节上水平横梁上的横梁卡槽，将下水平横梁中的横梁凸槽沿着横梁卡槽直线滑动，最后将上水平横梁与下水平横梁旋在一起平行布置，后拧动左侧的上下对称分布的左销轴，将其插入在左侧山形凸柱中的圆锥孔，然后将销插入销孔中固定左销轴，同样方法，拧动右侧的上下对称分布的右销轴，将其插入在右侧山形凸柱中的圆锥孔中，然后将销插入销孔中固定右销轴中；第四步，待将监测光纤单元运输至待测区域之后，旋开上载纤扣及下载纤扣，打开左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁将监测光纤单元从凹凸型载纤腔中取出，将一定长度的监测光纤单元放置到两端对称分布的内壁设有渗漏网筛的第二载纤凹道中，将另一段定长度的监测光纤单元放置到内壁设有渗漏网筛的第一载纤凹道内；通过左侧的下连轴球和上连轴球将配置有下弧形连柄、下载纤弧端和上弧形连柄、上载纤弧端的第二载纤凹道铰接于山形端梁的两端，同样步骤，通过右侧的连轴球和上连轴球将配置有下弧形连柄、下载纤弧端和上弧形连柄、上载纤弧端的第二载纤凹道铰接于山形端梁的两端；第五步，通过上端的左连球和右连球，将连接有左载纤端、左连柄和右载纤端、右连柄的第一载纤凹道铰接到左架构梁及右架构梁上，同样，通过下端的左连球和右连球，将连接有左载纤端、左连柄和右载纤端、右连柄的第一载纤凹道铰接到左架构梁及右架构梁上，到此，始端的渗流监测装置布置结束；第六步，将第一支撑架构柱一端插入到上水平横梁中的上端槽中，第一支撑架构柱的另一端布置于底转台螺槽中，将第二支撑架构柱一端插入到上转台螺槽中，按下通底竖梁，且将转台圆槽在通底竖梁的上下端进行布置，以完全封闭通底竖梁，将第二支撑架构柱另一端连接到另一渗流监测装置的上水平横梁中的横梁卡槽中，绕着通底竖梁旋动上下第一支撑架构柱和第二支撑架构柱以调整渗流监测装置布置形式，从而与渗流待测区域待测结构有效吻合，将两个渗流监测装置之间的下水平横梁依照上述同样的步骤通过另一新的旋转支架将不同的渗流监测装置串联连接，调整支撑架构柱301的转向，进而完成末端的渗流监测装置布置，将所有渗流监测装置中的标定光纤和渗流测量光纤与信息收集装置连接；第七步，打开信息收集装置，首先将标定光纤的信息进行收集，去除其中与均值差别较大的光纤，且保留其温度变化较小的几根，将相互校正处理之后的标定光纤作为最终的标定光纤；第八步，待渗流水体经过该区域时，通过上渗析棒和下渗析棒将渗流水体的热量直接传递到渗流测量光纤处，实时记录其变化情况，与第七步的标定光纤进行比对分析，辨识该处渗流状态，当涉水结构物的渗流水体流过渗流监测装置时，第一监测光纤单元和第二监测光纤单元内的第一载纤凹道和第二载纤凹道将流过的水体汇集，实时记录信息采集装置采集到的数据，且将数据值与标定光纤值进行差值，将差值结果绘制成时程曲线，若时程曲线变化较大，则该处即存在渗流水体，实现定位；通过上述同样方法，分析渗流监测装置中不同方向布置的监测光纤单元的时程曲线，若某一方向上监测光纤的时程曲线波动较大，则判定该方向上存在渗流水体，实现定向；进而，最终实现对涉水结构物渗漏定位与定向监测。

如图1至图9所示，《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》的一种涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统，包括若干个通过旋转支架连接的渗流监测装置，所述渗流监测装置包含前后对称分布的第一渗流监测单元和左右对称分布的第二渗流监测单元。

第一渗流监测单元包含固定监测光纤单元的第一载纤凹道611，第一载纤凹道611外设有载纤护层610，第一载纤凹道611两端分别设有左载纤端600和右载纤端603，左载纤端600通过左连柄601与左连球602连接，右载纤端603通过右连柄604与右连球605连接，左连球602和右连球605铰接在横梁支架两端，横梁支架向左右两侧延伸有左销轴607和右销轴609。

第二渗流监测单元包含固定监测光纤单元的第二载纤凹道504，第二载纤凹道504的两端分别设有上载纤弧端505和下载纤弧端503，上载纤弧端505通过上弧形连柄506与上连轴球507连接，下载纤弧端503通过下弧形连柄502与下连轴球501连接，山形端梁509两端延伸有上横折梁508和下横折梁500，上连轴球507和下连轴球501铰接在上横折梁508和下横折梁500上，山形端梁509上延伸有山形凸柱511，山形凸柱511内设有与左销轴607和右销轴609配合的圆锥孔510。

旋转支架包含第一支撑架构柱301和第二支撑架构柱304，所述第一支撑架构柱301一端与横梁支架连接，另一端与底圆转台402连接，底圆转台402上安装有上圆转台403，第二支撑架构柱304一端与另一个渗流监测装置的横梁支架连接，另一端插入到上圆转台403中，底圆转台402和上圆转台403中心安装有通底竖梁401，第一支撑架构柱301和第二支撑架构柱304可分别绕通底竖梁401转动，通底竖梁401上下端设有转台圆槽404用于将通底竖梁401封闭。

在《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》中，所述横梁支架包含上水平横梁612和与上水平横梁612连接的下水平横梁615，上水平横梁612和下水平横梁615的两端分别延伸左架构梁606和右架构梁608，上水平横梁612和下水平横梁615的左架构梁606和右架构梁608分别与左连球602和右连球605铰接，上水平横梁612和下水平横梁615的中部分别设有上端槽613和下端槽616，上端槽613与第一支撑架构柱301连接，下端槽616与另一个旋转支架的第一支撑架构柱301连接。

在《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》中，所述上水平横梁612设有T型状横梁卡槽614，下水平横梁615设有沿T型状横梁卡槽614运动的横梁凸台。

在《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》中，所述监测光纤单元包含一根渗流测量光纤118和两根标定光纤108，两根标定光纤108位于渗流测量光纤118的两侧，渗流测量光纤118和两根标定光纤108通过在凹槽内填充填充物固定，渗流测量光纤118外套有硬质钢圈117，标定光纤108外从内到外依次套有绝热隔层106和硬质护层107，渗流测量光纤118外设有依次连接的上凹边内层111、左凸边内层102、下凹边内层113和右凸边内层105，上凹边内层111外依次设有上凹边中层109和上凹边外层110，左凸边内层102外依次设有左凸边中层101和左凸边外层100，下凹边内层113外依次设有下凹边中层112和下凹边外层114，右凸边内层105外依次设有右凸边中层104和右凸边外层103。凹形结构的最底端将极容易汇集周边区域可能的渗流水体，放大了小渗流的作用效果，与最底端的渗析棒配套使用，大大提高了对微弱渗漏或初期渗漏的辨识能力，该弧形截面结构将最大程度地扩大渗流区域渗流水体在渗流测量光纤118上的停留时间及接触面积，对于待测区渗流位置的定位具有较高的精度保证作用；除此之外，上凹边外层110具有防渗、防腐性能，且设计了与其截面形状类似的上凹边中层109与上凹边内层111紧接，三层凹状设计结构提高了该渗流监测专用光缆的强度及韧性，可起到保护内部结构及延长使用寿命等效果。其中硬质护层107在绝热隔层106的外部，绝热隔层106内侧与标定光纤108接触，在渗流水体作用到待测区域时，在绝热隔层106的作用下标定光线处于与外界无任何热量接触的状态，其将作为参考标定用光纤，对称分布布置的另一个标定光纤108可以对参考标定用光纤的结果进行二次校正，其将最大程度地确保参考标准的客观准确性。左凸边外层100和右凸边外层103与凹边外层相反的凸边结构，该相反的对应设计大大增加了渗流专用光缆的截面积，提高了监测装置与待测结构体之间更密实的接触与连接，增强了监测装置与待测结构体的协同性，且将其布置成左右各三层结构，作用之一是为了增加标定光纤108处的隔层厚度，且材料强度及韧性由内到外不断增加，不但提高了其内部与标定光纤108的柔性过渡连接，还增加了抵抗外部的较大渗流水压力的作用，左凸边外层100和右凸边外层103具有抗腐蚀性能，提高了其与渗流水体长期共存的能力，在可能掺杂腐蚀性离子的复杂环境下，其渗流监测具有较好功效。

在《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》中，所述渗流测量光纤118两边分别与上渗析棒115和下渗析棒116连接，上渗析棒115依次穿过硬质钢圈117、上凹边内层111、上凹边中层109和上凹边外层110与外界渗漏水流相接触，下渗析棒116依次穿过硬质钢圈117、下凹边内层113、下凹边中层112和下凹边外层114与外界渗漏水流相接触。

在《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》中，所述监测光纤单元外安装有外圆护壁203，所述外圆护壁203包含左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁，左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁形成了凹凸型载纤腔204，监测光纤单元位于凹凸型载纤腔204内，左上外圆护壁和右上外圆护壁之间通过上载纤扣200锁紧，左下外圆护壁和右下外圆护壁通过下载纤扣205锁紧，左上外圆护壁和左下外圆护壁分别绕左圆转环201转动，右上外圆护壁和右下外圆护壁分别绕右圆转环202转动。外圆护壁203的近似圆形截面将凹凸设计的监测光纤单元中凹处部分进行二次补充，将布置于内部的渗流专用光缆组成一个外截面近似圆形的结构，弥补了其独特结构所带来的生产、运输及布设中存在的可能弊端；外圆护壁203可以绕着左圆转环201和右圆转环202开启，外圆护壁203内部的凹凸型载纤腔204可以将《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》的渗流专用光缆精密地嵌入到凹凸型载纤腔204内，外圆护壁203顶部和底端的上载纤扣200与下载纤扣205将外圆护壁203牢固闭合，防止外圆护壁203松动或者外界人为等其他因素的干扰；且外圆护壁203与凹凸型载纤腔204之间是空腔设计，为可能的使用操作预留了空间。

在《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》中，第一支撑架构柱301与上水平横梁612中的上端槽613或者下水平横梁615的下端槽616连接，第一支撑架构柱301另一端与底圆转台402相连，下旋转螺纹端302与底转台螺槽400相连之后，其一端的渗流监测装置可以围绕着通底竖梁401进行与另一端渗流监测装置无抵触的360°无死角自由转动，上旋转螺纹端303的一端与其对应侧的第二支撑架构柱304相连，上旋转螺纹端303的另一端与上转台螺槽405相连，其可以带动通过对应侧链接螺纹端相连接的渗流监测装置绕着通底竖梁401在另一侧做无干扰360°自由转动；上圆转台403与底圆转台402上下错动布置可以实现临近装置互不干扰的运转，可以对不同待测区域进行任意角度及坡度布置，上下转台圆槽404的布置结构将上圆转台403与底圆转台402牢固的固定于通底竖梁401处。

在《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》中，所述第二载纤凹道504内表面安装有渗漏网筛618，渗漏网筛618的表面为蜂窝状。

在《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》中，所述左销轴607和右销轴609上均设有一圈圆弧凹槽，山形凸柱511上表面上设有销孔，销孔内插入销，通过销插入圆弧凹槽固定左销轴607和右销轴609。

一种涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统的监测方法，包括以下步骤：

第一步，基于渗流待测区域的布置需要，确定渗流监测装置的个数，基于本渗流待测区域初步拟定6个渗流监测装置，准备普通单模裸光纤72根，基于渗流测量光纤单元的基本构造，配备制作成24个定长度的监测光纤单元；

第二步，绕着左圆转环201和右圆转环202将左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁打开，将监测光纤单元安置到凹凸型载纤腔204内，然后旋动左圆转环201和右圆转环202将左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁合拢，利用上载纤扣200和下载纤扣205将两端分布的左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁扣合，后将监测光纤单元缠绕到光缆滚轮上，将24个监测光纤单元运输至渗流待监测部位；

第三步，调节上水平横梁612上的横梁卡槽614，将下水平横梁615中的横梁凸槽617沿着横梁卡槽614直线滑动，最后将上水平横梁612与下水平横梁615旋在一起平行布置，后拧动左侧的上下对称分布的左销轴607，将左销轴607插入在左侧山形凸柱511607中的圆锥孔，然后将销插入销孔中固定左销轴，将其拧紧在左侧山形凸柱511中的圆锥孔510，同样方法，拧动右侧的上下对称分布的右销轴609，将其插入在右侧山形凸柱511中的圆锥孔中，然后将销插入销孔中固定右销轴609中；

第四步，待将监测光纤单元运输至待测区域之后，旋开上载纤扣200及下载纤扣205，打开左上外圆护壁、左下外圆护壁、右上外圆护壁和右下外圆护壁将监测光纤单元从凹凸型载纤腔204中取出，将一定长度的监测光纤单元放置到两端对称分布的内壁设有渗漏网筛618的第二载纤凹道504中，将另一段定长度的监测光纤单元放置到内壁设有渗漏网筛的618的第一载纤凹道611内；通过左侧的下连轴球501和上连轴球507将配置有下弧形连柄502、下载纤弧端503和上弧形连柄506、上载纤弧端505的第二载纤凹道504铰接于山形端梁509的两端，同样步骤，通过右侧的下连轴球501和上连轴球507将配置有下弧形连柄502、下载纤弧端503和上弧形连柄506、上载纤弧端505的第二载纤凹道504铰接于山形端梁509的两端；

第五步，通过上端的左连球602和右连球605，将连接有左载纤端600、左连柄601和右载纤端603、右连柄604的第一载纤凹道611铰接到左架构梁606及右架构梁608上，同样，通过下端的左连球602和右连球605，将连接有左载纤端600、左连柄601和右载纤端603、右连柄604的第一载纤凹道611铰接到左架构梁606及右架构梁608上，到此，始端的渗流监测装置布置结束；

第六步，将第一支撑架构柱301一端插入到上水平横梁612中的上端槽613中，第一支撑架构柱301的另一端布置于底转台螺槽400中，将第二支撑架构柱304一端旋入到上转台螺槽405中，按下通底竖梁401，且将转台圆槽404在通底竖梁401的上下端进行布置，以完全封闭通底竖梁401，将第二支撑架构柱304另一端连接到另一渗流监测装置的上水平横梁612中的横梁卡槽614中，绕着通底竖梁401旋动上下第一支撑架构柱301和第二支撑架构柱304以调整其布置形式，从而与渗流待测区域待测结构有效吻合，将两个渗流监测装置之间的下水平横梁615依照上述同样的步骤，通过另一旋转支架将不同的渗流监测装置串联连接，调整支撑架构柱301的转向，进而完成末端的渗流监测装置布置，将所有渗流监测装置中的标定光纤和渗流测量光纤与信息收集装置连接；

第七步，按照上述同样的方法，将处于不同位置处的6个渗流监测装置，通过5个旋转支架依次进行连接，使用DVP-730H型号光纤熔接机将每个渗流监测装置中的光纤进行熔接，后用塑料外套管进行保护；

第八步，打开光纤光信息收集装置，首先将标定光纤108的信息进行收集，使用光纤解调设备解调各标定光纤温度数值，该时刻下各标定光纤的温度数值参见表1，去除与均值差别较大的光纤Tl5、Tl6、Tr7、Tr8，保留其温度变化较小的几根Th1、Th2、Tb3、Tb4，将相互校正处理之后的光纤作为最终的标定光纤数值，其值为10.59℃；

表1各标定光纤的温度数值表

第九步，待渗流水体经过该区域时，待上渗析棒115和下渗析棒116将渗流水体的热量传递到渗流测量光纤118处，记录其实时变化情况，使用光纤光信息解调仪解调不同方向上的监测光纤单元，得出该时刻不同方向上第4渗流监测装置与第5渗流监测装置之间的渗流测量光纤118的数值，具体见表2。

表2渗流测量光纤解调信息值

该时刻下、第4渗流监测装置与第5渗流监测装置之间的距离范围内，与第八步标定光纤进行比对的结果具体参见表2最后一列，该时刻、监测距离范围内，左端第二渗流单元渗流测量光纤出现数值明显偏大的情况，可能存在渗漏问题，且渗漏位置发生在左侧方向；进一步，绘制本监测距离范围内各个时刻的渗流测量光纤解调温度与标定光纤温度差值的绝对值曲线，从而近一步观察整个时程变化，若整个时程变化曲线很平稳且基本在零值左右，则判定无渗漏情况，若时程变化曲线波动较大则表明该处存在渗漏，且渗漏不断变化，需要引起注意；通过监测不同侧的渗漏情况，判断来自不同方向的渗漏，基于本次监测分析的时程变化曲线，得出来自左端的渗漏情况较严重，需要后续加强监测，通过监测不同渗流监测装置之间范围内的渗流测量光纤的时程曲线变化，来分析不同位置处的渗漏情况，通过分析，发现其他部位及方向处时程变化曲线基本在零附近，基本可以断定没有渗漏情况存在；最终，实现对涉水结构物待测区域渗漏定位与定向监测。

2018年12月20日，《涉水结构物渗漏无热源光纤定位定向系统及监测方法》获得第二十届中国专利优秀奖。

2100433B

陀螺寻北仪可广泛应用于预警雷达、炮群、坦克、步兵战车、侦察车辆、自行火炮、布雷车以及火箭炮、雷达定向系统等。还可用于大地测量、地形测量，以及建筑工程(地铁、坑道、矿井、道路、堤坝、桥梁的建设等等)施工过程中进行天文方位角的测量。陀螺寻北仪具有较大的市场需求、高精度陀螺寻北仪的研制开发，不仅适应了市场的需要，可创造一定的经济效益，作为一项惯性技术，也有一定的社会效益。高精度陀螺寻北仪技术指标如下: 寻北时间：不大于6.5min ；寻北精度（1σ）：不大于10″ 。

激光定位监测系统利用大功率激光投射方式进行开挖轮廓线和爆破炮孔的定位，指导钻机或者钻孔手的操作。全程操作只需少量人工参与，自动化程度高，定位快速。具有隧道断面短时间定位、定位精度高、定位操作安全便捷、软件操作简便等优点 。

此外，本系统还可针对复杂的隧道情况，自动地进行围岩表面位移的长期实时监测，并进一步分析和预警，指导隧道施工方案优化。系统利用计算机控制进行自动的围岩变形监测，可以实时地监测大量的岩面布设监测点，较之人工读数监测的现行通用方法效率大幅度提高。同时可以进行实时的传输、统计和分析，给出围岩收敛的预测分析，指导施工设计。