[实用新型]一孔多分层标的地面沉降变化的精细数据测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于地质仪器和光电传感技术领域，具体涉及一种一孔多标分层标的地面沉降变化的精细数据测量装置。

背景技术

人类在抽汲地下水、开采石油天然气、挖掘固体矿产、高速铁路、地下铁路、公路开挖工程土体时，常引起地壳表部松散沉积物的压缩、位移，导致地面高程降低，这种现象称为地面沉降。我国的东北松辽平原、华北平原、长江下游地区、渭南平原为地面沉降最为严重地区，因此迫切需要建立全国地面沉降的动态监测网，同时，城市地铁、高速铁路、公路交通工程施工和运行期也要建立地面沉降的动态监测网。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种广泛应用于地质工程和工程地质勘查领域、能够对地区域安全、交通安全及时提供数据的一孔多分层标的地面沉降变化的精细数据测量装置，即在一个井孔内能够精细测量地层各层沉降变化。

为此，本实用新型的技术方案如下：

一种一孔多分层标的地面沉降变化的精细数据测量装置，包括单纵模激光器、第1-第3耦合器、第1和第2光电转换器、信号调理和数据采集器、第1和第2空心聚磁体、第1和第2F-P磁场传感器、实心聚磁体以及PVC套管，所述单纵模激光器与第1耦合器的左侧一端相连，第1耦合器的右侧两端分别与第2和第3耦合器的左侧一端相连；第2耦合器的右侧一端通过单模光纤与第1F-P磁场传感器相连；第3耦合器右侧一端通过单模光纤与第2F-P磁场传感器相连；第2耦合器左侧另一端和第1光电转换器相连，第3耦合器左侧另一端和第2光电转换器相连，第1和第2光电转换器分别与数据采集器相连； 第1空心聚磁体、第2F-P磁场传感器、实心聚磁体、第1F-P磁场传感器和第1空心聚磁体依次设置在密封的PVC套管中。

所述F-P磁场传感器为法布里-珀罗光纤干涉型磁场传感器，包括空心管、单模光纤和金属玻璃丝，所述单模光纤和金属玻璃丝从两端装入所述空心管中并用胶固定，单模光纤端面和金属玻璃丝端面之间构成法布里-珀罗(F-P)腔。

优选的是，所述金属玻璃丝为镍金属玻璃丝。所述第1-第3耦合器均为2×2光纤耦合器。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的测量系统占地少，施工简单，测量快速、经济、可靠，在一个井孔内能够精细测量地层各层沉降变化，可广泛应用于地质工程和工程地质勘查领域。在2020年建立国家级地面沉降的动态监测网对城市地铁、高速铁路、公路交通工程沿线、地下隧道等大深度地下工程的沉降监测中，该监测系统能对地区域安全、交通安全及时提供数据，在地质工程和工程地质勘查领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的精细数据测量装置的组成示意图；

图2是图1中F-P磁场传感器的结构示意图；

图3是本实用新型的精细数据测量装置的计算原理图。

其中：

1、单纵模激光器2、第1耦合器3、第2耦合器4、第3耦合器

5a、第1光电转换器5b、第2光电转换器 6、信号调理和数据采集器

7、第1空心聚磁体 8、第1F-P磁传感器 9、实心聚磁棒

10、PVC套管11、第2F-P磁传感器12、第2空心聚磁体

13、磁性标头 14、单模光纤15、空心管16、金属玻璃丝

具体实施方式

分层标是将不同埋深地层的高程引至地面进行观测的一种特殊系统，通过与基岩标(不动点)高程联测，可得到各类土层的沉降变化数值。本实用新型可在一个井孔内精细测量各地层的降变化。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的一孔多分层标的地面沉降变化精细数据测量装置的组成进行详细说明。

考虑到采用的分层标为磁性标头13，且由液压系统嵌入到地层的各层中，最深达到500米，至少在一个井孔要液压嵌入50-70个标头，如果采用铜导线作为传感器的供电和信号传输，特别是将其用于传感器牵引固位，会因其自重引起的长度变化带来沉降量的很大误差，因此采用单模光纤14用于信号传输和传感器的牵引固位。在本实用新型中采用的磁场传感器为F-P光纤干涉型磁场传感器。

如图1所示，单纵模激光器1、第1～第3耦合器2～4、第1和第2光电转换器5a和5b、信号调理和数据采集器6构成精细数据测量装置的A部分。第1和第2空心聚磁体7和12、第1和第2F-P磁场传感器8和11、实心聚磁体9(其长度为L)和PVC套管10构成精细数据测量装置的B部分。在本实用新型中，第1～第3耦合器2、3、4均为2×2光纤耦合器。