[发明专利]基于光纤复合传感模块的复合光纤传感监测系统及其监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用光纤装置实现变形及运动方向同步测量的技术领域，特别涉及一种基于光纤复合传感模块的复合光纤传感监测系统及其监测方法。

背景技术

我国幅员辽阔，70％的地区为山地，地理条件非常复杂，滑坡等边坡失稳灾害发生频次高、受灾面广，是世界上地质灾害受灾最严重的国家之一。据统计，近五年来我国共发生边坡失稳、地面塌陷、地裂缝等地质灾害近18万起，致2800余人死亡，近2500人受伤，500多人失踪，直接经济损失近160亿元，严重影响了人民群众的生命财产安全，因此，建立有效的监测网络、及时预测与防护成为抵御灾害，减轻灾害损失的重要途径。

然而，但据统计，近5年我国成功预报这些地质灾害发生的次数和比例呈不稳定发展态势，每年成功预报的数量均不足千次，2007年最高，920次，比例达3.6％；2006年最低，成功比例仅有0.5％，而且近5年成功监测比例的平均也仅为1.4％。这很大程度上是因为我国山区、丘陵地区多，受灾地区普遍地质情况都比较复杂；以及一些监测方法的某些核心技术受制于国外，一些监测仪器或辅材费用高等原因所致。因此，一方面我们应加强对边坡稳定性的监测，避免滑坡等地质灾害的产生，另一方面要加快辅材价格低、施测便利、监测成本不高的技术和方法的研究。

常用的监测技术有地球物理方法、近景摄影测量技术、“3S”技术、测斜仪技术、应变管技术、时域反射技术等，这些技术均不能同时实现辅材价格低廉、分布式、实时、远程遥测、有较高的初始测量精度、以及判断滑坡运动方向，使上述方法在边坡监测的应用中受限。

光纤传感技术是一种以光为载体，以光纤为媒介来感测外部的物理、化学参量的传感技术。当光源发出泵浦光沿光纤传输，作用于光纤表面的外界的温度、压力、电场、位移、流速等参数的改变会使得光波的相位、强度(功率)、振幅、波长等特征参量发生改变，从而通过对出射光波进行相应的解析即可测出我们感兴趣的参量。

光纤传感技术依托光纤传感器完成。与传统的传感器相比具有显著的优势：抗电磁干扰、电绝缘，重量小，灵敏度高，成本低，传输距离远；另外，光纤传感器还具有频带宽、可集成、传输速度非常快等优势而能解决以往许多机类、电类传感器无法解决的技术难点问题。

目前，基于同轴电缆的时域反射(TDR)监测技术、光时域反射技术(OTDR)和布里渊光时域反射技术(BOTDR)是国内研究的热点，但是这几种技术在用于边坡稳定监测时，各自都有缺陷，其中，TDR在无剪切力作用时敏感性差，不能判断荷载运动方向，难以用于初始精度高、行程大的测量场合；OTDR在应用中具有高初始精度，但目前的应用难以实现大量程和方位判定；而BOTDR虽然具有光信号损耗小、测距长的优点，并且单根光纤价格低廉，能够比较方便地确定变形的位置，但是其测量行程较小，而且在实现方位判定方面也有待于研究。

现有的光纤复合传感模块在每个承载面上设计了三个装置以期实现较高的初始精度、较大的测量行程和对运动方向的判断。它需要同时配备光源、光谱仪(或频谱仪)和OTDR等设备，在实际应用中较难实现，也很不方便；而且模块与钻孔之间的灌浆材料，如水泥砂浆、混凝土等对装置本身的握裹力很大，这会严重影响装置对预期功能的实现。

因此，现有的复合光纤传感监测系统也难以实现预期功能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于光纤复合传感模块的复合光纤传感监测系统，应用简单、方便。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于光纤复合传感模块的复合光纤传感监测系统，包括

光纤复合传感模块，用于埋设于被测体内，获取被测体运动和变形的信号；

信号分析处理装置，用于分析光纤复合传感模块获得的信号。

进一步，所述光纤复合传感模块包括基材和设置于基材表面的光纤结构。

进一步，所述光纤结构包括光纤和光纤外套有的套管I。

进一步，所述套管I包括自由段和锚固段，所述自由段的套管I外还设置有套管II，所述锚固段的套管I上设置有用于锚固的锚固块。

进一步，所述基材的材质为膨胀性聚酯乙烯或聚氯乙烯。

进一步，所述基材横截面为正方形，基材四个外侧面上分别沿长度方向各设置有1个光纤结构。

进一步，所述光纤结构的一端具有延伸出基材外的蝴蝶结，另一端具有自由光纤。