基于布里渊散射光纤的深部水平位移监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于布里渊散射光纤的深部水平位移监测装置，其特征在于，监测装置包括激光器、分布式传感光纤、电光调制器、光放大器、环形器、耦合器、M‑Z干涉仪、光探测器、数字处理器、数据通信和传输模块；分布式传感光纤和电光调制器组成光纤传感系统，经过光纤传感系统的光信号被光放大器、光滤波器、光探测器采集，将采集到的处理数据传输到微控制器，数字处理器将数据进分析和处理，数据通信和传输模块将监测数据结果传输到云平台，或远端控制测量系统发送控制命令进行任意时刻的测量。本发明专利技术能详细地检测出深埋于工程结构内部的光纤沿线各点的温度和应变等信息，实现实时监测、及时预警。

Monitoring device of deep horizontal displacement based on Brillouin scattering optical fiber

【技术实现步骤摘要】
基于布里渊散射光纤的深部水平位移监测装置
本专利技术属于深部水平位移监测
，涉及一种基于布里渊散射光纤的深部水平位移监测装置，可以对土石坝、堤防、铁路公路边坡、岩土边坡、建筑物地基、矿井、基坑开挖以及地下结构工程内部进行自动化、高精度、变形位置可预测地实时动态监测。
技术介绍
为了减少滑坡灾害带来的损失，深部水平位移监测方法被广泛应用于边坡、滑坡和城市深基坑监测中，对其安全状况进行评价及发展趋势进行预测。边坡深部位移监测是边坡监测体系中的重要环节，主要内容为对边坡体上所布设钻孔的垂向和水平向位移进行测量，以查明边坡不同部位的位移大小等。目前常用的深部位移监测技术主要有钻孔测斜仪、拉线式深部位移计、多点位移计和时域反射技术等。然而，滑动式位移计由于每次测量工程中需要沿测斜管上下移动探头，尚无法实现自动化测；固定式测斜仪量程一般为±10°，当边坡变形超出其量程时，固定测量仪则无法继续进行监测；拉线式深部位移计只能测得相对位移量，无法确定边坡变形方向，且不能预先为其设定监测方向。时域反射技术脉冲信号易受干扰，且无法准确确定边坡变形方向，难以得到准确的监测。由于光纤传感器具有体积小、抗干扰能力强、便于埋入材料或结构内部进行无损检测、动态范围宽、灵敏度高等特点，使其相对于传统的传感器有着明显的优势，同时在工程实际中有着非常好的应用前景。光纤传感器通常分为电点式、准分布式和全分布式。分布式光纤传感器的优势是能够连续测量光纤沿线各点处的温度、应变等传感参数，并且传输距离远，更适用于边坡、基坑等工程的水平位移检测中。如布里渊散射光纤技术：(一)布里渊散射光纤传感机理布里渊散射是光在介质中受到各种元激发的非弹性散射，它是光波与声波在光纤中传播时相互作用而产生的光散射过程，其频率变化表征了元激发的能量，可以研究气体、液体和固体中的声学振动。在不同的条件下，布里渊散射又分别以自发散射和受邀散射两种形式表现出来。布里渊散射光相对于入射光有一个频移，称为布里渊频移。光纤布里渊频移与温度和应变的变化可表示为：δνB＝CνTδTZ+CντδεZ式中，δνB是布里渊频移变化量，是布里渊功率相对变化量；δTz及δεZ分别为光纤的度和应变的变化量；CνT及Cντ分别为布里渊频移温度系数和应变系数；CPT及CPε分别为布里渊功率的温度系数和应变系数。从布里渊频移与温度和应变的关系，可以看出布里渊频移收温度和应变的直接影响。求得温度变化量δTz和频应变变化量δεZ，即可实现对温度和应变的同时测量。现有基于布里渊散射的分布式光纤传感器主要集中于三方面的研究：布里渊光时域反射(BODTR)技术，布里渊光是与分析(BODTA)技术，以及布里渊光频域分析(BOFDA)技术。BOTDR技术空间分辨率高、探测距离长，国内外的研究也已有比较成熟的研究成果。(二)基于布里渊光时域反射(BODTR)技术的分布式光纤传感器工作原理基于布里渊光时域反射(BOTDR)技术的分布式光纤传感器，主要利用光纤非线性效应中的的后向自发布里渊散射信号实现传感测量。布里渊散射信号同时受到温度和应变的影响，当光纤各处的温度和应变发生变化时，布里渊散射信号的频移和强度就会发生改变。布里渊散射信号的频移和强度改变量与温度和应变的变化具有好的线性关系，因此通过检测布里渊散射信号的频移和强度，就能得到光纤各处温度和应变的变化，实现对监测对象的应变变化的检测。BOTDR技术工作原理，将脉冲光注入光纤，其在光线中沿线传播时不断激发自发布里渊散射光，后向传播的布里渊散射光被置于光纤起始端的检测系统接收，根据发射脉冲光和接收自发布里渊散射光的时间差可实现对散射光的定位，对不同时刻所得自发布里渊散射光进行处理，确定布里渊散射信号功率或频移的分布，最终实现温度或应变的分布式测量。现有技术中也有不少专利技术涉及布里渊散射光、位移监测技术，如：CN200410041124.0《光纤应变三维模拟实验台》，实验台上设有位移测量仪表和布里渊散射光时域反射测量仪，使测量信号与光纤变形位移相对应，以检验分布式光纤传感系统对结构局部变形监测的灵敏性和准确性。本专利技术实验台以此探索传感光纤的铺设方法和分布式光纤传感器的研制，为分布式光纤传感技术应用于工程实践提供必要的实验依据。CN200410041995.2《土体深部变形分布式光纤测量方法和系统》，该测量系统由测斜管、分布式光纤传感线路、数据采集设备、计算机控制模块、数据处理模块等几部分构成。它采用基于自发布里渊散射原理的分布式光纤传感技术，通过将传感光纤按照全面粘贴的方式铺设在测斜管的外表面，然后将测斜管埋设在土体中，用于测量土体的变形或位移。当深部土体发生位移，土体将带动测斜管发生变形，测斜管外壁的应变量也随之变化，采用BOTDR可以直接测量出粘贴在测斜管外壁的光纤的应变分布，数据的采集过程由计算机控制模块实现，采集到的数据同样由计算机控制模块导入数据处理模块，按照一定的算法计算出测斜管的变形量，从而得到土体的变形或位移。CN201010595164.5《隧道围岩变形分布式光纤超前监测方法》，由分布式光纤测管、光纤传感线路、布里渊背向散射光数据采集设备、数据处理与分析软件构成；通过将传感光纤对称布设于PP-R管的外表面，制作成分布式光纤测管，通过测管可得到测管沿线土体的位移；将分布式光纤测管埋入隧道上覆围岩的钻孔之中，并通过注入耦合剂形成土-管协调变形的测管将跟随围岩同步位移而发生变形，通过测量测管的变形，实现对围岩变形或位移的监测。本专利技术方法具有分布式、自动化数据采集、实时超前监测等特点，适用于隧道洞室、煤矿巷道等岩土工程领域围岩二维变形或位移的监测。随着技术的进步，如将物联网技术用于监测边坡、滑坡或深基坑的安全状况，采用4G或5G网络物联网芯片，将会促进深部位移监测技术的提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出了一种采用电光调制器、M-Z干涉仪技术相结合的基于布里渊散射光纤的深部水平位移监测装置。为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用以下所述技术方案。一种基于布里渊散射光纤的深部水平位移监测装置，监测装置包括激光器、分布式传感光纤、电光调制器、光放大器、环形器、耦合器、M-Z干涉仪、光探测器、数字处理器、数据通信和传输模块；分布式传感光纤和电光调制器组成光纤传感系统，经过光纤传感系统的光信号被光放大器、光滤波器、光探测器采集，将采集到的处理数据传输到微控制器，数字处理器将数据进分析和处理，数据通信和传输模块将监测数据结果传输到云平台，或远端控制测量系统发送控制命令进行任意时刻的测量。进一步，分布式传感光纤安装在被测试的对象内部或直接粘贴在被测对象的表面。进一步，所述数据通信和传输模块选用4G或5G网络芯片，运用4G或5G网络将采集到的数据传输至云平台。进一步，通过数据通信和传输模块，将采集的控制命令发送至工程现场的采集装置，实现远程、实时、安全测量的功能。本专利技术电光调制器可以实现对通过的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于布里渊散射光纤的深部水平位移监测装置，其特征在于，监测装置包括激光器、分布式传感光纤、电光调制器、光放大器、环形器、耦合器、M-Z干涉仪、光探测器、数字处理器、数据通信和传输模块；分布式传感光纤和电光调制器组成光纤传感系统，经过光纤传感系统的光信号被光放大器、光滤波器、光探测器采集，将采集到的处理数据传输到微控制器，数字处理器将数据进分析和处理，数据通信和传输模块将监测数据结果传输到云平台，或远端控制测量系统发送控制命令进行任意时刻的测量。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于布里渊散射光纤的深部水平位移监测装置，其特征在于，监测装置包括激光器、分布式传感光纤、电光调制器、光放大器、环形器、耦合器、M-Z干涉仪、光探测器、数字处理器、数据通信和传输模块；分布式传感光纤和电光调制器组成光纤传感系统，经过光纤传感系统的光信号被光放大器、光滤波器、光探测器采集，将采集到的处理数据传输到微控制器，数字处理器将数据进分析和处理，数据通信和传输模块将监测数据结果传输到云平台，或远端控制测量系统发送控制命令进行任意时刻的测量。


2.根据权利要求1所述的基于布...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪然，肖慧，徐哈宁，刘奇，王泽辉，李熠钊，孙蒙，吴智强，童薇，王振宇，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：江西;36