本发明涉及一种岩土体变形分布式传感测量电 缆， 尤其是涉及一种平行螺 旋传输线结构的岩土体变形分布式传感测量电 缆。

背景技术

我国是地质灾害多发国家， 频繁的地质灾害给人们的生命和财产带来了巨 大的损失和威胁。 为了减少地质说灾害造成的损失， 各种灾害防治监测手段和技 术被广泛应用到各个领域并且取得了显著的避 灾防灾效果。 滑坡、 地面沉降等 地质运动所引起的局部岩土体变形就是一种重 要的、 需要被监测的灾害前兆现 象。 如果能够在灾害发生前期准确定位岩土书体变 形发生的位置和变形的大小， 就能促进避灾、 防灾工作的有效开展， 减少灾害造成的损失。 目前国内外常用 时域反射测量电缆主要是同轴电缆和平行直线 。 由于同轴电缆和平行直线伸长 量有限， 容易拉断， 不适合对岩土体大变形的分布式测量， 因此需要发明一种 伸长量比较大的岩土体变形传感测量电缆。

发明内容

为了克服背景技术中电缆易拉断， 本发明的目的在于提供种一种平行螺旋 传输线结构的岩土体变形分布式传感测量电缆 ， 它是伸长量比较大的岩土体变 形传感测量电缆。

本发明采用的技术方案是：

在圆截面硅橡胶条外密绕一层有两根相互绝缘 的电缆线， 两根电缆线形成 螺旋线， 两根电缆线形成螺旋线外裹包有硅橡胶套管， 两根电缆线的一端接匹 配阻抗 ZL， 两根电缆线的另一端接时域反射测量仪。

所述的两根相互绝缘的电缆线为单股、 多股铜线或单股铝线。

将这样构成的测量电缆沿被监测岩土体埋设后 ， 当岩土体发生变形时测量 电缆局部拉伸变长。 由于采用弹性的硅橡胶和螺旋线结构， 因此在拉伸的过程 中， 在比较大范围内平行螺旋线螺距增大而不会断 裂。 由于螺距增大， 平行螺 旋线拉伸部分的特性阻抗发生变化。 通过接于平行螺旋线其中一端的时域反射 测量仪观测局部特性阻抗变化所引起的时域反 射波形的局部变化来定位岩土体 变形的位置和测量岩土体变形的大小。

本发明具有的有益效果是：

本发明实现了岩土体变形的分布式定位和测量 ， 解决了当前滑坡、 地面塌 陷等地质灾害前兆岩土体变形的测量时存在的 "测处未变、 变处未测" 的困境， 为极大限度地减少地质灾害对人类的危害提供 了无遗漏的测量工具和手段。 附图说明

图 1是本发明的结构原理图。

图 2是两根平行直导线结构图。

图 3是分布式传感测量电缆局部拉伸前后结构变� �图。

图 4是本发明的测量方法图。

图 5是测量反射信号图。

图中： 1、 硅橡胶条； 2、 电缆线； 3、 硅橡胶套管； 4、 时域反射测量仪； 5、 入射信号； 6、 反射信号； 7、 传感测量电缆。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说 明。

如图 1、 图 2、 图 3、 图 4所示， 本发明是在圆截面硅橡胶条 1外密绕一层有两 根相互绝缘的电缆线 2， 两根电缆线形成螺旋线， 两根电缆线形成螺旋线外裹包 有硅橡胶套管 3， 构成传感测量电缆 7。 两根电缆线的一端接匹配阻抗 ZL， 两根 电缆线的另一端接时域反射测量仪 4。

平行直导线的绝缘外皮连接在一起使导线间距 离保持不变。 初始时导线紧 密地绕于圆截面硅胶条表面。 上述结构的特点在于测量电缆有比较大的伸长 量。 电缆拉伸时引起螺旋线螺距变大使电缆局部阻 抗发生变化。

传感测量电缆工作原理：

如图 3所示为传感测量电缆拉伸前后结构的变化。 其中图 3 (a) 为拉伸前的 传感测量电缆； 图 3 ( b ) 为局部拉伸后的传感测量电缆。 由图 3可知传感测量电 缆局部拉伸时螺旋线匝数不变， 传感测量电缆长度变长， 因此被拉伸部分螺距 增大， 电缆的局部特性阻抗增大。

测量方法如图 4所示， 其中： 5为入射信号， 6为反射信号。 将平行螺旋传输 线结构的岩土体变形传感测量电缆一端接入时 域反射测量仪 4。 根据传输线原 理， 当时域反射测量仪向电缆的一端输入电阶跃信 号或脉冲信号时， 输入电压 ί和反射电压 有如下关系

7 - Ζ

U = ^ ~~丄 * u _t

r z _d + z _c

其中 为电缆的初始特性阻抗， Z _RF 为被拉伸区间的特性阻抗。初始时 Z _C =ZA 反射 电压 =0.当电缆局部被拉伸时， Z _d 增大， 时域反射波形中产生一个大于 0幅值为 反射电压。 时域反射仪器记录反射电压的波形， 如图 5所示。

根据波形得到入射电压 ί 与反射电压^的时间差7^ 再根据信号在测量电缆 中的传输速度 V就可以计算电缆末端到电缆拉伸点的距离

S = - ^ Τ ^ V

2 将电缆埋入岩土体， 岩土体的变形将引起测量电缆的局部拉伸， 根据时间 Γ 和反射电压^测得变形位置 ^和变形量 L。