УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ПРИ ФИЛЬТРАЦИИ В ГРУНТЕ

Устройство для определения характеристик волоконно-оптического датчика при фильтрации в грунте
Полезная модель относится к области гидротехники и может найти применение при контроле фильтрационных процессов в теле и основании гидротехнических сооружений.
Существенной причиной, сдерживающей широкое внедрение в России волоконно-оптических датчиков для контроля фильтрации является отсутствие фундаментальных исследований в данной области.
Известна экспериментальная дамба, построенная на севере Нидерландов в 2009 году, которая представляет собой грунтовое сооружение высотой 4 м и длиной 15 м, в тело дамбы уложен волоконно-оптический датчик для измерения ее температуры и регистрации искуственно моделируемых процессов разрушения (А.С. Кузнецов, Е.В. Герасимова, В.В. Дубок, А.Л. Макушин. Применение оптоволоконных технологий для контроля фильтрации на гидротехнических сооружениях // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, СПб, 2014, Т. 272. Рис. 3-5).
Недостатками аналога являются: невозможность проведения вертикальных испытаний для создания куполов растекания в испытываемом грунте, большие затраты связанные с использованием различных вариантов волоконно-оптического датчика, схем укладки датчика в тело дамбы и грунтов тела дамбы (вариативность испытаний), большая масштабность модели, направленность испытаний исключительно на грунтовые подпорные сооружения, например, дамбы.
Известно устройство для контроля фильтрации, включающее рабочую камеру, например, бассейн суточного регулирования, дно которого состоит из хорошо фильтрующего слоя грунта, в который уложен волоконно-оптический датчик, с помощью которого происходит контроль протечек через дно бассейна, и считывающее устройство (А.С. Кузнецов, Е.В. Герасимова,
В.В. Дубок, А.Л. Макушин. Применение оптоволоконных технологий для контроля фильтрации на гидротехнических сооружениях // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, СПб, 2014, Т. 272. Рис. 6).
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатками прототипа являются: невозможность проведения испытания с различными вариантами волоконно-оптического датчика, схем укладки датчика в слой грунта под бассейном и грунтами основания бассейна (вариативность испытаний), большая масштабность модели, направленность испытаний исключительно на бассейны суточного регулирования, невозможность использования дополнительных измерительных устройств при фильтрации в грунте для уточнения характеристик волоконно-оптического датчика, например, измерителей влажности.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении точности определения характеристик волоконно-оптических датчиков.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для определения характеристик волоконно-оптического датчика при фильтрации в грунте, содержащем рабочую камеру, на дно которой уложен слой грунта с волоконно-оптическим датчиком, и считывающее устройство, рабочая камера выполнена в форме прямоугольной призмы из металлического каркаса, например уголка размером 70×70 мм, двух не прозрачных торцевых стенок, например из листового железа, и двух прозрачных лицевых стенок, например из оргстекла, внутри рабочая камера разделена на два отсека, один из которых разделен на зону подачи воды и зону перелива воды для выполнения функции успокоительного резервуара с изменяемыми отметками перелива, сверху рабочей камеры установлен накопитель с рядом сосредоточенных источников воды суммарной интенсивностью до 30 л/мин., на дно рабочей камеры уложен датчик, например, волоконно-оптический кабель, конец которого
подсоединен к считывающему устройству, например, трансиверу, рабочая камера расположена на опорах с возможностью изменения ее продольного уклона и соединена с подводящим и отводящим трубопроводами, на которых установлены вентили и расходомеры воды.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного являются: выполнение рабочей камеры в форме прямоугольной призмы из металлического каркаса, например уголка размером 70×70 мм, двух не прозрачных торцевых стенок, например из листового железа, и двух прозрачных лицевых стенок, например из оргстекла; разделение рабочей камеры на два отсека, один из которых поделен на зону подачи воды и зону перелива воды для выполнения функции успокоительного резервуара с изменяемыми отметками перелива; установка сверху рабочей камеры накопителя с рядом сосредоточенных источников воды суммарной интенсивностью до 30 л/мин; укладка на дно рабочей камеры датчика, например, волоконно-оптического кабеля; подсоединение волоконно-оптического кабеля к считывающему устройству, например, трансиверу; размещение рабочей камеры на опорах с возможностью изменения ее продольного уклона; подключение рабочей камеры с подводящим и отводящим трубопроводами, на которых установлены вентили и расходомеры воды.
Благодаря данной конструкции предлагаемого устройства обеспечивается возможность моделирования процессов образования куполов растекания в различных грунтах в результате фильтрации воды, наблюдения, фиксирования и измерения параметров куполов растекания, фиксирования и измерения реакции волоконно-оптических датчиков, их тепло- и массообменных характеристик, подбора оптимального шага укладки волоконно-оптических датчиков для конкретных грунтовых условий гидротехнических сооружений.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежом, на котором показано устройство для определения характеристик волоконно-оптического датчика при фильтрации в грунте, общий вид.
Устройство для определения характеристик волоконно-оптического датчика при фильтрации в грунте содержит рабочую камеру 1 для грунта 2, отводящий трубопровод 3, снабженный вентилем 4 и расходомером 5 воды, подводящий трубопровод 6, металлический каркас 7, внутри рабочая камера 1 разделена на два отсека, один из которых разделен на зону подачи воды 8 и зону перелива воды 9 с изменяемыми отметками перелива, накопитель 10 с рядом сосредоточенных источников 11 и 12 для подачи воды на поверхность грунта 2 в рабочей камере 1 и в зону подачи воды 8, волоконно-оптический кабель 13, опоры 14, одна из которых является домкратом 15, трансивер 16, L - шаг укладки.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
В рабочую камеру 1, металлический каркас 7 которой выполнен в форме прямоугольной призмы из металлического уголка, укладывают грунт 2 на 10-15% от ее рабочего объема, сверху по всей площади грунта 2 укладывают волоконно-оптический кабель 13. Затем догружают грунт 2 до рабочего объема камеры 1 и подают воду на поверхность грунта 2 из сосредоточенных источников 11, суммарной интенсивностью до 30 л/мин, накопителя 10 с помощью подводящего трубопровода 6 открыв вентиль 4 и фиксируют подачу воды расходомером 5. Через прозрачные стенки рабочей камеры 1 определяют параметры купола растекания воды и вычисляют оптимальный шаг L укладки волоконно-оптического кабеля 13, конец которого подсоединен к считывающему устройству, например, трансиверу 16, для данного грунта 2.
Для создания и регулирования фронтальной поверхности депрессии устанавливают необходимый уровень перелива воды в зоне 9 с изменяемыми отметками перелива и подают необходимый расход воды в зону подачи 8 из сосредоточенного источника 12 накопителя 10. Далее фронтальную поверхность депрессии регулируют продольным уклоном рабочей камеры 1 расположенной на опорах 14, 15 с помощью опоры 15 в виде домкрата и вентиля 4 отводящего трубопровода 3, фильтрационный расход воды контролируют с помощью расходомера 5.
Предлагаемое устройство для проведения фильтрационных исследований волоконно-оптического датчика позволяет проводить фильтрационные опыты с различными грунтами, определять параметры куполов растекания, изучать реакцию волоконно-оптического датчика на фильтрацию различной интенсивности и, таким образом, на основании полученных результатов разработать методику по выбору оптимального шага укладки волоконно-оптического датчика в гидротехнических сооружениях.