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基于弱光栅的多参数滑坡监测装置及方法

阅读:241发布:2021-04-12

专利汇可以提供基于弱光栅的多参数滑坡监测装置及方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且基于弱光栅的多参数滑坡监测装置及方法,包括多参数光纤 传感器 、弱光栅解调仪、供电装置。所述多参数光纤传感器为一整根传感光缆,其包括位于尾端的、串接在一起的弱光栅 水 位传感器、弱光栅倾 角 传感器、弱光栅拉绳传感器、弱光栅水 压 力 传感器 ,以及位于前端的 应力 应变传感光缆。弱光栅解调仪,用于解调多参数光纤传感器上的 波长 变化信息,并通过有线或无线方式对外传输信息;供电装置,用于为弱光栅解调仪供电。本 发明 通过在一根光纤上定制化刻写若干弱光栅阵列,根据需求采用不同的封装技术,将弱光纤光栅封装成各种传感器,实现了一根传感光缆上对多个参数进行同时监测,在滑坡监测中具有重要的意义。,下面是基于弱光栅的多参数滑坡监测装置及方法专利的具体信息内容。

1.基于弱光栅的多参数滑坡监测装置,其特征在于包括:多参数光纤传感器(1)、弱光栅解调仪(2)、供电装置(3),多参数光纤传感器(1)连接弱光栅解调仪(2),弱光栅解调仪(2)连接供电装置(3);
所述多参数光纤传感器(1)为一整根传感光缆,其包括位于尾端的、串接在一起的弱光栅位传感器(11)、弱光栅倾传感器(12)、弱光栅拉绳传感器(13)、弱光栅水传感器(14),以及位于前端的应力应变传感光缆(15);
弱光栅水位传感器(11),用于监测水位;
弱光栅倾角传感器(12),用于监测角度变化;
弱光栅拉绳传感器(13),用于监测位移变化;
弱光栅水压力传感器(14),用于监测水压;
应力应变传感光缆(15),用于监测滑坡的应变;
弱光栅解调仪(2),用于解调多参数光纤传感器(1)上的波长变化信息,并通过有线或无线方式对外传输信息;
供电装置(3),用于为弱光栅解调仪(2)供电。
2.根据权利要求1所述基于弱光栅的多参数滑坡监测装置,其特征在于:所述应力应变传感光缆(15)包括布设在边坡上的分布式光缆、以及安装在在滑坡勘察孔中的应变光缆,分别用于监测边坡形态变化、孔隙应变变化。
3.根据权利要求1所述基于弱光栅的多参数滑坡监测装置,其特征在于:所述弱光栅水压力传感器(14)、弱光栅水位传感器(11)安装在在滑坡勘察孔中,分别用于监测孔隙水压力,水位动态变化。
4.根据权利要求1所述基于弱光栅的多参数滑坡监测装置,其特征在于:所述弱光栅拉绳传感器(13)布设在裂缝点,用于监测裂缝的位移变化。
5.根据权利要求1所述基于弱光栅的多参数滑坡监测装置,其特征在于:所述弱光栅倾角传感器(12)布设在危岩体上,用于实时监测危岩体的角度变化。
6.根据权利要求1所述基于弱光栅的多参数滑坡监测装置,其特征在于:所述弱光栅水位传感器(11)、弱光栅倾角传感器(12)、弱光栅拉绳传感器(13)、弱光栅水压力传感器(14),均包括反射率在0.1% 0.01%之间的单个弱光栅,尾纤长度大于2米,以保证相邻传感~
器的空间距离大于2米。
7.根据权利要求1所述基于弱光栅的多参数滑坡监测装置,其特征在于:所述应力应变传感光缆(15)包括反射率在0.1% 0.01%之间的弱光栅阵列,用于感测线性区域的应变。
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8.根据权利要求7所述基于弱光栅的多参数滑坡监测装置,其特征在于:所述弱光栅阵列能够通过波分和时分复用配置传感单元,以满足不同监测密度的需要。
9.根据权利要求7所述基于弱光栅的多参数滑坡监测装置,其特征在于:所述弱光栅解调仪(2)包括弱光栅调解模(21)、工控机模块(22),弱光栅调解模块(21)连接工控机模块(22),工控机模块(22)外接通信模块(23);
弱光栅调解模块(21)发送脉冲激光,检测多参数光纤传感器(1)反射的信号;工控机模块(22)分析反射信号,定位各传感单元,获取波长信息;通信模块(23)将分析的结果传送远程终端,并接受远程终端的控制。
10.基于弱光栅的多参数滑坡监测方法,其特征在于:在一根光纤上定制化刻写单个、或者若干弱光栅阵列,根据需求采用不同的封装技术,将弱光栅阵列封装成各种传感器,实现了一根传感光缆上对多个滑坡参数进行同时监测。

说明书全文

基于弱光栅的多参数滑坡监测装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及滑坡监测技术领域,具体涉及一种基于弱光栅的多参数滑坡监测装置及方法。

背景技术

[0002] 在滑坡监测工程中,要掌握并研究整个滑坡过程与滑坡机理就必须要通过监测滑坡体内外部在滑坡过程中的变化情况。由于滑坡成因机理的复杂性,对滑坡监测的方法多种多样。目前,滑坡地表位移监测已成为滑坡研究和早期预警的重要方法,其使用的方法主要有机械测量法、伸缩计法、GPS监测法、遥感监测法、INSAR监测法、分布式光纤传感技术监测法、测量机器人监测法等。深部位移观测主要有倾斜仪,固定式钻孔倾斜仪和TDR监测法。当需要同时监测多个参数,往往需要多种监测设备配合监测,监测方案较为繁琐。
[0003] 弱光纤光栅是指具有极低反射率的光纤光栅(通常光栅的反射率低于0.1%),允许在一根光纤中高密度刻写多个同波长的弱光栅,极大地提高有效传感单元的密度。与此同时,在弱光纤光栅阵列中引入波分复用技术,可以进一步提高传感密度,为大规模光纤光栅线性传感监测提供了便利。然而,在滑坡体监测的应用中,除了需要对滑坡的变形、随机裂缝、温度等参量进行线性监测外,还需要进行单点或多点的位、倾、地表应变、水压等物理量监测,这些物理量的监测需要采用特定结构设计的传感器,标准的线性封装光栅光缆无法满足现场监测的要求。

发明内容

[0004] 针对现有的滑坡监测方法往往只能采集单个参数,无法实现多个参数的测量的问题,本发明提出了一种基于弱光栅的多参数滑坡监测装置及方法,通过在一根光纤上定制化刻写若干弱光栅阵列,根据需求采用不同的封装技术,将弱光纤光栅封装成各种传感器,实现了一根传感光缆上对多个参数进行同时监测,在滑坡监测中具有重要的意义。
[0005] 本发明采取的技术方案为:
[0006] 基于弱光栅的多参数滑坡监测装置,包括:
[0007] 多参数光纤传感器、弱光栅解调仪、供电装置,多参数光纤传感器连接弱光栅解调仪,弱光栅解调仪连接供电装置;
[0008] 所述多参数光纤传感器为一整根传感光缆,其包括位于尾端的、串接在一起的弱光栅水位传感器、弱光栅倾角传感器、弱光栅拉绳传感器、弱光栅水传感器,以及位于前端的应力应变传感光缆。
[0009] 弱光栅水位传感器,用于监测水位;
[0010] 弱光栅倾角传感器,用于监测角度变化;
[0011] 弱光栅拉绳传感器,用于监测位移变化;
[0012] 弱光栅水压力传感器,用于监测水压;
[0013] 应力应变传感光缆,用于监测滑坡的应变;
[0014] 弱光栅解调仪,用于解调多参数光纤传感器上的波长变化信息,并通过有线或无线方式对外传输信息;
[0015] 供电装置,用于为弱光栅解调仪供电。
[0016] 所述应力应变传感光缆包括布设在边坡上的分布式光缆、以及安装在在滑坡勘察孔中的应变光缆,分别用于监测边坡形态变化、孔隙应变变化。
[0017] 所述弱光栅水压力传感器、弱光栅水位传感器安装在在滑坡勘察孔中,分别用于监测孔隙水压力,水位动态变化;
[0018] 所述弱光栅拉绳传感器布设在裂缝点,用于监测裂缝的位移变化[0019] 所述弱光栅倾角传感器布设在危岩体上,用于实时监测危岩体的角度变化。
[0020] 所述弱光栅水位传感器、弱光栅倾角传感器、弱光栅拉绳传感器、弱光栅水压力传感器,均包括反射率在0.1%~0.01%之间的单个弱光栅,尾纤长度大于2米,以保证相邻传感器的空间距离大于2米。
[0021] 所述应力应变传感光缆包括反射率在0.1%~0.01%之间的弱光栅阵列,用于感测线性区域的应变。
[0022] 所述弱光栅阵列能够通过波分和时分复用配置传感单元,以满足不同监测密度的需要。
[0023] 所述弱光栅解调仪包括弱光栅调解模、工控机模块,弱光栅调解模块连接工控机模块,工控机模块外接通信模块;弱光栅调解模块发送脉冲激光,检测多参数光纤传感器反射的信号;工控机模块分析反射信号,定位各传感单元,获取波长信息;通信模块将分析的结果传送远程终端,并接受远程终端的控制。
[0024] 基于弱光栅的多参数滑坡监测方法,在一根光纤上定制化刻写单个、或者若干弱光栅阵列,根据需求采用不同的封装技术,将弱光栅阵列封装成各种传感器,实现了一根传感光缆上对多个滑坡参数进行同时监测。
[0025] 本发明一种基于弱光栅的多参数滑坡监测装置及方法,技术效果如下:
[0026] 1)、多参数大范围监测:
[0027] 采用基于弱光纤光栅阵的传感器,光栅反射率低,通过时分复用和波分复用的技术可以实现成千上万个传感点,传感可达数十公里;通过对弱光栅采用不同的封装技术,可以封装成多种传感器,实现多参数测量。
[0028] 2)、一根光缆,布设方便:
[0029] 只需布设一根光缆便可实现整个滑坡的多参数监测,单根光缆布设简单。
[0030] 3)、定制化设计,适用各种滑坡监测方案:
[0031] 从单根光纤到传感光缆,传感器的位置,传感光缆的距离可实现个性化定制,以满足不同的监测方案。附图说明
[0032] 图1为本发明装置的监测示意图。
[0033] 图2为本发明装置结构连接示意图。

具体实施方式

[0034] 如图1、2所示,基于弱光栅的多参数滑坡监测装置,包括:
[0035] 多参数光纤传感器1、弱光栅解调仪2、供电装置3,多参数光纤传感器1连接弱光栅解调仪2,弱光栅解调仪2连接供电装置3;
[0036] 所述多参数光纤传感器1为一整根传感光缆,所述传感光缆为刻写了弱光纤光栅阵列的光纤,其根据需求通过不同的封装工艺封装成用于不同用途的多参数传感器,用于采集不同的参数。所述传感光缆其包括位于尾端的、串接在一起的弱光栅水位传感器11、弱光栅倾角传感器12、弱光栅拉绳传感器13、弱光栅水压力传感器14,以及位于前端的应力应变传感光缆15。
[0037] 所述弱光栅水位传感器11、弱光栅倾角传感器12、弱光栅拉绳传感器13、弱光栅水压力传感器14,均包括反射率在0.1%~0.01%之间的单个弱光栅,尾纤长度大于2米,以保证相邻传感器的空间距离大于2米。
[0038] 弱光栅水位传感器11、弱光栅倾角传感器12、弱光栅拉绳传感器13、弱光栅水压力传感器14可以根据具体需求选择其中的一个或几个,并灵活安排接入传感线路的前后顺序,以满足不同监测功能和监测位置的要求。
[0039] 所述应力应变传感光缆15包括反射率在0.1%~0.01%之间的弱光栅阵列,用于感测线性区域的应变,并根据具体的测应变要求进行封装。所述弱光栅阵列能够通过波分和时分复用配置传感单元,以满足不同监测密度的需要。
[0040] 各个传感器功能如下:
[0041] 弱光栅水位传感器11,用于监测水位;
[0042] 弱光栅倾角传感器12,用于监测角度变化;
[0043] 弱光栅拉绳传感器13,用于监测位移变化;
[0044] 弱光栅水压力传感器14,用于监测水压;
[0045] 应力应变传感光缆15,用于监测滑坡的应变;
[0046] 弱光栅解调仪2,用于解调多参数光纤传感器1上的波长变化信息,并通过有线或无线方式对外传输信息;
[0047] 供电装置3,用于在野外环境下为弱光栅解调仪2提供装置所需的电能
[0048] 如图1为监测方案示意图,针对整个滑坡体,采取的方案为:
[0049] 所述应力应变传感光缆15包括布设在边坡上的分布式光缆、以及安装在在滑坡勘察孔中的应变光缆,分别用于监测边坡形态变化、孔隙应变变化。
[0050] 所述弱光栅水压力传感器14、弱光栅水位传感器11安装在在滑坡勘察孔中,分别用于监测孔隙水压力,水位动态变化。
[0051] 所述弱光栅拉绳传感器13布设在裂缝点,用于监测裂缝的位移变化。
[0052] 所述弱光栅倾角传感器12布设在危岩体上,用于实时监测危岩体的角度变化。
[0053] 所述弱光栅解调仪2包括弱光栅调解模块21、工控机模块22,弱光栅调解模块21连接工控机模块22,工控机模块22外接通信模块23。弱光栅调解模块21发送脉冲激光,检测多参数光纤传感器1反射的信号;工控机模块22分析反射信号,定位各传感单元,获取波长信息;通信模块23将分析的结果传送远程终端,并接受远程终端的控制。
[0054] 弱光栅调解模块21采用RS-HFBGA-04型调解模块。
[0055] 工控机模块22采用PWS-2015G-R2平板微处理器
[0056] 通信模块23采用TR321系列双网口工业路由器。
[0057] 所述供电装置3包括太阳能板31、太阳能控制器32、电池33;太阳能板31连接太阳能控制器32,太阳能控制器32连接蓄电池33。蓄电池33采用2V铅酸储能型蓄电池,太阳能板31、太阳能控制器32、蓄电池33的充电放电工作原理,参照中国专利“一种太阳能蓄电池充放电控制器”(申请号:201320707268.X;授权公告号CN 203589779 U)中记载的太阳能供电技术方案。
[0058] 为了便于安装携带和检修拆卸,优选方案:弱光栅解调仪2、太阳能控制器32、蓄电池33安装在一个机箱内,使得该装置安装方便,适合野外作业。
[0059] 基于弱光栅的多参数滑坡监测方法,在一根光纤上定制化刻写单个、或者若干弱光栅阵列,根据需求采用不同的封装技术,将弱光栅阵列封装成各种传感器,实现了一根传感光缆上对多个滑坡参数进行同时监测。
[0060] 本发明一种基于弱光栅的多参数滑坡监测装置及方法,提出采用弱光栅制作单点传感器,与线性封装的光栅光缆串联使用方式,解决了过去的弱光栅传感系统只能单纯监测温度、应变的问题,能根据现场监测的需要引入弱光栅水位传感器11、弱光栅倾角传感器12、弱光栅拉绳传感器13、弱光栅水压力传感器14等,充分发挥弱光栅大容量传感的优势,也兼容了滑坡监测的个性化需求,更好地满足滑坡监测中多参数监测的需要,拓展了弱光栅传感技术的应用领域,具有广阔的市场应用前景。
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