本实用新型属于大地应变观测技术领域，特别涉及一种基于同轴电缆布拉格传感器的分布式应变测量仪。
背景技术：
大地应变观测是研究地震、火山、滑坡，以及冰川活动等一系列地球物理学问题的重要研究手段。2012年我国以卫星导航定位系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)观测为主，辅以甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)、人卫激光测距(Satellite Laser Rangefinder,SLR)、InSAR等空间技术，并结合精密重力和水准测量等多种技术手段组成，建成了由260个连续观测和2000个不定期观测站点构成的中国大陆构造环境监测网络。现有的观测手段主要有空间的GNSS、VLBI、SLR、InSAR，以及地基的钻孔应变仪、钻孔倾斜仪、长基线激光应变仪等。高频GPS台站以导航卫星坐标为基准，为单点测量，提供观测站点的绝对位置信息，虽然其测量精度高(1Hz采样率，误差<1mm)，但是受到建造与运行成本的限制，台站密度不高，其空间分辨率有限。钻孔应变仪，安装在平均深度为100至200米的钻孔内，同样是单点测量，提供浅表大地应变的相对变化量，其具有较大的动态范围、较高的观测精度与采样率，能够清晰的观测到固体潮，而长基线激光应变仪在几百米范围内具有钻孔应变仪相当的观测精度，但它们同样受到台站数量的限制，空间分辨率不高。InSAR作为空间大地测量手段，具有较高测量精度，较大的覆盖范围，但其采样率较低(7-42天)。VLBI和SLR也是单点测量，与人造卫星协同，获得观测点相对空间参考点的相对位置信息，其建设与维护成本昂贵。除了上述设备以外，其他地表形变(如跨断层形变监测，水管倾斜观测等)也或多或少存在类似的问题，因此研制、建造与运行成本相对低廉的大覆盖范围、高空间分辨率、高采样率的地表形变观测仪器，是目前亟待解决的问题。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于同轴电缆布拉格传感器的分布式应变测量仪，以解决测量大地应变测量空间分辨率低，采样率低以及仪器造价高的问题。
本实用新型采用的技术方案为：一种基于同轴电缆布拉格传感器的分布式应变测量仪，包括终端器，分布式同轴电缆布拉格传感器，第一定向耦合器，第二定向耦合器，第一射频放大器，第二射频放大器，第一滤波器，第二滤波器，可调谐射频振荡器，计算机，终端器和分布式同轴电缆布拉格传感器构成分布式应变测量的敏感元件；第一定向耦合器，第二定向耦合器，第一射频放大器，以及第一滤波器构成正反馈系统；第二射频放大器，第二滤波器，可调谐射频振荡器，以及计算机构成可调谐射频信号源。
其中，所述的分布式同轴电缆布拉格传感器由若干个布拉格电栅间距不等的单体同轴电缆布拉格传感器通过同轴电缆级联而成；每个单体同轴电缆布拉格传感器对于射频信号反射的特征频率不同；每个单体同轴电缆布拉格传感器在外力的作用下，其反射信号的特征频率变化量随着应变的变化量而变化。
其中，所述的终端器与分布式同轴电缆布拉格传感器的一端连接，构成分布式应变测量的敏感元件；终端器作为负载元件消除由分布式同轴电缆布拉格传感器透射的信号；敏感元件的输出信号为分布式同轴电缆布拉格传感器的反射信号，由分布式同轴电缆布拉格传感器的另一端输出。
其中，所述的第一定向耦合器，第二定向耦合器，第一射频放大器，以及第一滤波器构成正反馈系统；所述的正反馈系统放大分布式同轴电缆布拉格传感器的输出信号，提高整个应变测量系统的品质因数；其中第一定向耦合器的输入端与分布式同轴电缆布拉格传感器的输出端连接；第一定向耦合器的耦合端与第二定向耦合器的输入端连接；第二定向耦合器的输出端与第一射频放大器的输入端连接；第一射频放大器的输出端与第一滤波器的输入端连接；第一滤波器的输出端与第一定向耦合器的输入端连接；第二定向耦合器的耦合端为测量点，与频谱分析仪连接；频谱分析仪上能够实时显示分布式同轴电缆布拉格传感器输出信号的频谱，频谱的变化能够有效地反映分布式同轴电缆布拉格传感器上的应变变化。
其中，所述的第二射频放大器，第二滤波器，可调谐射频振荡器，以及计算机构成可调谐射频信号源；所述的可调谐射频信号源在计算机的控制下，输出给定的扫频信号；计算机通过USB总线或RS232总线与可调谐射频振荡器的控制端连接；可调谐射频振荡器的输出端与第二滤波器的输入端连接；第二滤波器的输出端与第二射频放大器的输入端连接；第二射频放大器的输出端与第一定向耦合器的输入端连接；所述的可调谐射频信号源输出给定的扫频信号通过第一定向耦合器发送给分布式同轴电缆布拉格传感器。
其中，能够根据测量信号的频分多路复用原理，提取分布式同轴电缆布拉格传感器中各个单体同轴电缆布拉格传感器所承受的应变量，从而实现分布式应变测量。
本实用新型与现有技术相比的优点在于：本实用新型可以在大地应变测量应用的前提下，实现多个同轴电缆布拉格传感器的级联，扩大大地应变测量的覆盖范围，提高大地应变测量的空间分辨率，降低大地应变仪的硬件成本，为大地形变仪的大规模部署创造了条件。
附图说明
图1为本实用新型一种基于同轴电缆布拉格传感器的分布式应变测量仪的原理框图；
图2为本实用新型分布式同轴电缆布拉格传感器2的结构示意图；
图3为本实用新型分布式同轴电缆布拉格传感器2的输出信号频谱示意图；
图4为间距为64mm布拉格传感器的入射端特征频率特性；
图5为间距为66mm布拉格传感器的入射端特征频率特性；
图6为间距为68mm布拉格传感器的入射端特征频率特性；
图7为间距为68mm布拉格传感器的入射端特征频率特性。
图中附图标记含义为：1为终端器，2为分布式同轴电缆布拉格传感器，3为第一定向耦合器，4为第二定向耦合器，5为第一射频放大器，8为第二射频放大器，6为第一滤波器，7为第二滤波器，9为可调谐射频振荡器，10为计算机。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本实用新型。
如图1所示，本实用新型一种基于同轴电缆布拉格传感器的分布式应变测量仪，包括终端器1，分布式同轴电缆布拉格传感器2，第一定向耦合器3，第二定向耦合器4，第一射频放大器5，第二射频放大器8，第一滤波器6，第二滤波器7，可调谐射频振荡器9，计算机10。其中终端器1和分布式同轴电缆布拉格传感器2构成分布式应变测量的敏感元件；第一定向耦合器3，第二定向耦合器4，第一射频放大器5，以及第一滤波器6构成正反馈系统；第二射频放大器8，第二滤波器7，可调谐射频振荡器9，以及计算机10构成可调谐射频信号源。
如图2所示，分布式同轴电缆布拉格传感器2由若干个布拉格电栅间距不等的单体同轴电缆布拉格传感器通过同轴电缆级联而成。由于每个单体同轴电缆布拉格传感器的布拉格电栅间距不等，则每个单体同轴电缆布拉格传感器对于射频信号反射的特征频率则不同。如图3所示，分布式同轴电缆布拉格传感器2的输出信号的频谱是每个单体同轴电缆布拉格传感器的输出信号的频谱的集合。每个单体同轴电缆布拉格传感器在外力的作用下，其反射信号的特征频率变化量随着应变的变化量而变化。通过测量分布式同轴电缆布拉格传感器2输出信号的频率变化量，由此可以测得分布式同轴电缆布拉格传感器2所承受的应变变化量。
终端器1与分布式同轴电缆布拉格传感器2的一端连接，构成分布式应变测量的敏感元件；终端器1作为负载元件消除由分布式同轴电缆布拉格传感器2透射的信号；敏感元件的输出信号为分布式同轴电缆布拉格传感器2的反射信号，由分布式同轴电缆布拉格传感器2的另一端输出。
第一定向耦合器3，第二定向耦合器4，第一射频放大器5，以及第一滤波器6构成正反馈系统；其中第一定向耦合器3的输入端与分布式同轴电缆布拉格传感器2的输出端连接；第一定向耦合器3的耦合端与定向耦合器4的输入端连接；定向耦合器4的输出端与第一射频放大器5的输入端连接；第一射频放大器5的输出端与滤波器6的输入端连接；第一滤波器6的输出端与第一定向耦合器3的输入端连接；正反馈系统通过第一定向耦合器3、第二定向耦合器4将分布式同轴电缆布拉格传感器2的一部分反射输出经过第一射频放大器5进行放大，并由第一滤波器6滤除干扰后，重新输入给分布式同轴电缆布拉格传感器2，并依据此过程无限循环直到正反馈系统饱和。第二定向耦合器4的耦合端是整个分布式应变测量仪的测量端。由于正反馈系统大大地放大了分布式同轴电缆布拉格传感器2的输出信号，提高了整个应变测量系统的品质因数。因此第二定向耦合器4的耦合端可以与价格相对经济的频谱分析仪连接，而无需与价格昂贵的矢量网络分析仪连接。频谱分析仪上能够实时显示分布式同轴电缆布拉格传感器2输出信号的频谱，频谱的变化能够有效地反映分布式同轴电缆布拉格传感器2上的应变变化。
第二射频放大器8，第二滤波器7，可调谐射频振荡器9，以及计算机10构成可调谐射频信号源；计算机10通过USB总线或RS232总线与可调谐射频振荡器9的控制端连接；可调谐射频振荡器9的输出端与第二滤波器7的输入端连接；第二滤波器7的输出端与第二射频放大器8的输入端连接；第二射频放大器8的输出端与第一定向耦合器3的输入端连接；可调谐射频信号源在计算机10的控制下，输出给定的扫频信号，并通过第一定向耦合器3发送给分布式同轴电缆布拉格传感器2，以激发分布式同轴电缆布拉格传感器2的特征频率。
布拉格传感器是根据测量布拉格传感器间距变化，获得频率变化，从而测量地壳应力变化。分布式同轴电缆布拉格传感器2是利用布拉格传感器的特征频率进行测量。Ansoft HFSS15软件对分布式同轴电缆布拉格传感器2进行实验频率仿真，图4所示间距为64mm布拉格传感器的入射端频率特性，图5所示间距为66mm布拉格传感器的入射端特征频率特性，图6所示间距为68mm布拉格传感器的入射端特征频率特性，图7所示间距为68mm布拉格传感器的入射端特征频率特性。
在地震监测网络中铺设分布式同轴电缆布拉格传感器2，其中若包含间距为64mm的布拉格传感器，在发生应力变化时，其长度从64mm变化到70mm，其特征频率会按照图4至图7的频率变化规律变化，通过频率变化可进行应变测量。以此类推，连接间距不同的布拉格传感器时，长度和频率会按照一定的规律变化，从而能够快速的进行大地应变观测。
以上所述，仅为本实用新型部分具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。