一种基于同轴电缆布拉格传感器的分布式应变测量仪制造技术

本实用新型专利技术公开了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；其中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。本实用新型专利技术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。

A distributed strain gauge based on coaxial cable Prague sensor

The utility model discloses a distributed strain measuring instrument based on a coaxial cable Bragg sensor, including a terminal, a distributed coaxial cable Bragg sensor, a first directional coupler, a second directional coupler, a first radio frequency amplifier, a second radio frequency amplifier, a first filter and a second filter, which are tunable. A radio frequency oscillator, a computer, in which a terminal and a distributed coaxial cable Bragg sensor constitute a distributed strain sensing element; a first directional coupler, a second directional coupler, a first radio frequency amplifier and a first filter constitute a positive feedback system; a second radio frequency amplifier, a second filter, tunable RF oscillator and computer constitute a tunable RF signal source. According to the principle of frequency division multiplexing of measurement signal, the utility model can extract the strain of each single coaxial cable Bragg sensor in the distributed coaxial cable Bragg sensor, and realize the distributed strain measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种基于同轴电缆布拉格传感器的分布式应变测量仪
本技术属于大地应变观测
，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。
技术介绍
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(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)观测为主，辅以甚长基线干涉测量(VeryLongBaselineInterferometry,VLBI)、人卫激光测距(SatelliteLaserRangefinder,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。
技术实现思路
本技术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。本技术采用的技术方案为：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。本技术与现有技术相比的优点在于：本技术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为本技术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为本技术分布式同轴电缆布拉格传感器2的结构示意图；图3为本技术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技术。如图1所示，本技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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)，其特征在于：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。

【技术特征摘要】
1.一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)，其特征在于：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。2.根据权利要求1所述的基于同轴电缆布拉格传感器的分布式应变测量仪，其特征在于：所述的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；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。3.根据权利要求1所述的基于同轴电缆布拉格传感器的分布式应变测量仪，其特征在于：所述的终端器(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。4.根据权利要求1所述的基于同轴电缆布拉格传感器的分布式应变测量仪，其特征在于：所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：付继华，王旭，李智涛，谭巧，王建军，吴荣辉，
申请(专利权)人：中国地震局地壳应力研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11