串联分布式光纤地质稳定性安全监测传感器及系统的制作方法

本发明涉及地质检测技术领域，具体来讲是一种串联分布式光纤地质稳定性安全监测传感器及系统。

背景技术

目前，由于边坡稳定性影响工程越来越大，边坡监测受到重视程度逐年提髙，国内外对其研究投入越来越大，可是由于边坡复杂的内部结构，不同土壤内部情况不同，其内部是否稳定，能承受多大的压力及其内部水分含量，是否有微小位移现象发生，在施工中都不能考虑到真实情况，这些都是工程中的难点。为了检验工程的效果，工程安全运营的保证，实时监测边坡的稳定性都是必不可少的。边坡形变是表明边坡变化最明显的参量，微小的形状改变肉眼很难观测，当形变累积到一定程度时，就会发生不可预知的地质灾害。所以边坡形变是最能说明边坡外部形状变化和趋势的量。如果能够尽可能早的发现边坡形变，就能准确的在边坡发生滑动前做到准确预报，避免损失。

边坡内部水分的多少也会影响边坡稳定性，当水分过多时，就会造成决堤发生。所以边坡监测主要从特征量监测开展。第一形变的监测，主要检测地表变形例如地表裂缝的大小。第二角度的监测，主要是检测边坡整体是否倾斜。最后就是水分渗透的监测，主要监测边坡内部水分深入的多少。边坡监测的方式多种多样，目前国内外边坡监测随着科学技术的发展，向着全自动化、精度高、实时远距离监测发展，从最开始的精度低耗时费力的人工皮尺监测慢慢过波到准确、方便、节省人力物力的仪器监测。

目前最简单的监测方法就是采取人工直接观测的方法，进行定性判断，通过肉眼观察裂缝、位移、地表沉降等信息。人工直接观测方法简单直接，但是对于一些工程在偏远及恶劣环境时，人工直接观测就显得非常不适合，人员安全存在很大问题，而且肉眼对于微小位移的变化基本察觉不出来，对于精度，实时，长期性都不能适应。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种串联分布式光纤地质稳定性安全监测传感器及系统，其抗电磁干扰能力强，并且由于光信号在光纤中远距离传输时，信号的衰减小，所以它非常适合远距离通信。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种串联分布式光纤地质稳定性安全监测传感器，包括本体，还包括两组传感单元、第一铠装光纤、第二铠装光纤、第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤；所述本体的下端为锥尖部，本体内设置有密封腔；两组传感单元相对设置在密封腔内，每组传感单元包括自上而下依次串联的若干光纤光栅；所述第一光纤和第二光纤均设置在密封腔内，其中，第一光纤的下端与其中一组传感单元的上端连接，该传感单元的下端与第二光纤的上端连接；所述第三光纤和第四光纤均设置在密封腔内，其中，第三光纤的下端与另外一组传感单元的上端连接，该传感单元的下端与第四光纤的上端连接，第四光纤的下端与第二光纤的下端连接；所述第一铠装光纤的一端穿入密封腔内，通过第一锁紧护套与第一光纤的上端连接；所述第二铠装光纤的一端穿入密封腔内，通过第二锁紧护套与第三光纤的上端连接。

在上述技术方案的基础上，所述第一铠装光纤的另一端与外部的应力解调仪连接。

在上述技术方案的基础上，所述第一铠装光纤通过第一金属护套穿入密封腔。

在上述技术方案的基础上，所述二铠装光纤通过第二金属护套穿入密封腔。

在上述技术方案的基础上，其中一组传感单元包括串联的第一光纤光栅和第二光纤光栅，位于上方的第一光纤光栅与第一光纤连接，位于下方的第二光纤光栅与第二光纤连接；另外一组传感单元包括串联的第三光纤光栅和第四光纤光栅，位于上方的第三光纤光栅与第三光纤连接，位于下方的第四光纤光栅与第四光纤连接。

在上述技术方案的基础上，所述第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤均为单模光纤。

在上述技术方案的基础上，所述本体为锥形锚式结构，其正面呈片状锥杆形状，侧面呈板式结构。

本发明还公开了一种基于上述传感器的安全监测系统，包括应力解调仪，该应力解调仪与若干权利要求1所述的传感器串联连接。

本发明的有益效果在于：

采用新型的光纤光栅传感技术是新型传感技术，由于它靠光信号传播信息，造就了它最大的特点，抗电磁干扰能力强，并且由于光信号在光纤中远距离传输时，信号的衰减小，所以它非常适合远距离通信。目前，光纤光栅己经被用来测量温度、应力、加速度、湿度甚至气体浓度等方面，并且对各个特征量的检测达到很高的准确度。光纤光栅传感技术符合实际铁路公路煤矿等工程中精度高、距离较远、多点分布、使用寿命长、高稳定性的技术要求，很好的提供一种解决工程上长期实时监测和危险预测的办法。因此本专利公布了一套fbg传感器为基础的实时边坡监测系统，系统选用多个恃征量来判断边坡稳定性，分别是边坡内水分渗透压力，边坡表面裂缝，边坡角度。

附图说明

图1为本发明实施例中串联分布式光纤地质稳定性安全监测传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例中串联分布式光纤地质稳定性安全监测传感器的侧视图；

图3为本发明实施例中串联分布式光纤地质稳定性安全监测系统的结构示意图。

附图标记：

1-锥尖部；2-本体；3-第二光纤；4-第二光纤光栅；5-第一光纤光栅；6-第一光纤；7-应力解调仪；8-第一锁紧护套；9-第一铠装光纤；10-第一金属护套；11-密封腔；12-第二金属护套；13-第二锁紧护套；14-第二铠装光纤；15-第三光纤；16-第三光纤光栅；17-第四光纤光栅；18-第四光纤。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向(x)”、“纵向(y)”、“竖向(z)”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下面结合说明书的附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种串联分布式光纤地质稳定性安全监测传感器，包括本体2，还包括两组传感单元、第一铠装光纤9、第二铠装光纤14、第一光纤6、第二光纤3、第三光纤15、第四光纤18；

本体2的下端为锥尖部1，本体2内设置有密封腔11；

两组传感单元相对设置在密封腔11内，每组传感单元包括自上而下依次串联的若干光纤光栅；本实施例中，其中一组传感单元包括串联的第一光纤光栅5和第二光纤光栅4，采用光纤熔接工艺连接。位于上方的第一光纤光栅5与第一光纤6连接，连接方式采用光纤跳线方式。位于下方的第二光纤光栅4与第二光纤3连接；另外一组传感单元包括串联的第三光纤光栅16和第四光纤光栅17，位于上方的第三光纤光栅16与第三光纤15连接，位于下方的第四光纤光栅17与第四光纤18连接。具体的，采用光纤熔接工艺连接。

第一光纤6和第二光纤3均设置在密封腔11内，其中，第一光纤6的下端与其中一组传感单元的上端连接，该传感单元的下端与第二光纤3的上端连接；

第三光纤15和第四光纤18均设置在密封腔11内，其中，第三光纤15的下端与另外一组传感单元的上端连接，该传感单元的下端与第四光纤18的上端连接，第四光纤18的下端与第二光纤3的下端连接；具体的，采用光纤熔接工艺连接。

第一铠装光纤9的一端穿入密封腔11内，通过第一锁紧护套8与第一光纤6的上端连接；具体的，第一铠装光纤9通过第一金属护套10穿入密封腔11。第一铠装光纤9的另一端与外部的应力解调仪7连接。

第二铠装光纤14的一端穿入密封腔11内，通过第二锁紧护套13与第三光纤15的上端连接。具体的，二铠装光纤通过第二金属护套12穿入密封腔11。

具体的，第一光纤6、第二光纤3、第三光纤15、第四光纤18均为单模光纤。

参见图2所示，本体2为锥形锚式结构，其正面呈片状锥杆形状。安装时方便契入地表以下，直接进行测量，侧面采用板式结构，便于形成应力感应。

参见图3所示，本发明实施例还提供一种基于上述传感器的安全监测系统，包括应力解调仪7，该应力解调仪7与若干权利要求1的传感器串联连接。

本发明的工作原理为：

应力解调仪通过第一铠装光纤9输入宽频激光到第一光纤6，第一光纤6将激光输送到第一光纤光栅和第二光纤光栅，经过第二光纤3、第四光纤18进入第四光纤光栅17、第三光纤光栅16，然后经过第三光纤15传输到第二铠装光纤14。传感器结构体由于受到外部应力作用产生变形，会使第一光纤光栅和第二光纤光栅、第三光纤光栅和第四光纤光栅分别产生拉伸和压缩作用，光栅传感器采用对称分布，这样就会有一部分相应波长的激光被反射回来，反射激光的强度与应力变形呈现线性关系，这样就可以测量应力变化。通过单模光纤将若干个传感器串联，就可以以波长为地址，实现滑坡体布置阵列进行应力参数测量。

相比传统的传感器，光纤传感器具有许多独一无二的优点，在许多领域有着广泛研究与应用。光纤折射率变换型传感器具有高灵敏度等优点而成为光纤传感器最实用的一种。基于单模光纤散射原理的光纤光栅传感器具有制作简单、测量便利等优点而成为光纤散射型传感器研究中很常见的一种。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“优选地”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点，包含于本发明的至少一个实施例或示例中，在本说明书中对于上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或者示例中以合适方式结合。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。