[发明专利]一种采空区地质沉降三维快速检测系统

说明书

本发明公开了一种采空区地质沉降三维快速检测系统，采用基于分布式光纤应变检测系统与光纤光栅应变解调系统相结合的三维检测系统，解决了传统的检测系统精度高但范围小或范围广但成本高的问题。通过特殊的安装方式，可采集到地质沉降区域三维的应变数据，对判断地质沉降程度有更好的认识。本发明具有以下特点：响应速度快，精度高，实时性好；结构简单，三维结构铺设，更易于模块化制作，可测三维数据；保证检测精度的前提下，检测范围广，可大范围铺设；设备深埋地下不受气候影响，全天候保持高精度测量；测量全程自动化，无需人力亲力亲为；地下三维数据检测，有利于对地质沉降建模；光纤传感器可应对地下各种恶劣环境，长时间运行。

技术领域

本发明涉及光纤应变检测技术领域，尤其涉及一种采空区地质沉降三维快速检测系统。

背景技术

分布式光纤传感与光纤光栅已经广泛运用于基建、管道、高铁、桥梁等使用传统设备无法有效检测预警的现场。

在以往的地质沉降检测中，很难做到局部范围的精确定位，以及地质沉降程度的快速检测。利用分布式光纤传感与光纤光栅技术可有效解决以上问题，并通过新颖三维布置方式可得到对地质沉降检测更有利三维的数据，在快速定位的前提下，以及三维数据的支持下，快速了解地质沉降程度及其位置，及时预警，及时解决问题。

发明内容

本发明提供了一种采空区地质沉降三维快速检测系统，其目的在于解决现有采空区地质沉降检测无法快速准确定位与检测的弊端，以及通过特殊的三维布置方式解决现有技术无法准确了解采空区地质沉降区域状况的弊端，公开一种将光纤光栅与光缆相结合的三维布置方式以及分布式检测与点式检测相结合的技术方案。通过对地质横向、纵向以及深度的应变变化的数据采集，构建采空区地下的三维地质状态。该方法具有检测响应快、精度高、可靠性高、成本低廉、安装方便等优点。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：一种采空区地质沉降三维快速检测系统，包括：

光缆结构和光纤光栅集成结构；

光缆结构包括分布式应变检测系统及传感光缆，光纤光栅集成结构包括光纤光栅集成装置及光纤光栅应变解调系统；其中，分布式应变检测系统连接传感光缆，光纤光栅应变解调系统连接到光纤光栅集成装置，光纤光栅集成装置分布在传感光缆的交叉点上，在分布式应变检测系统通过传感光缆得到光纤应变区域坐标范围后，利用光纤光栅解调系统检测相应位置地质沉降程度；光纤光栅集成装置包括水泥桩、高精度法兰接口和光纤光栅，其中高精度法兰接口融嵌入水泥桩中，光纤光栅连接到高精度法兰接口同时也融嵌入水泥桩中，以便于光纤光栅将应变实时传递给水泥桩中的高精度法兰接口，光纤光栅另一边连接到传感光缆，通过传感光缆结构的定位与应变数据测量沉降地区的沉降深度。

其中，分布式应变检测系统包括窄线宽激光器、第一光纤耦合器、光脉冲调制器、脉冲光放大器、环形器、掺铒光纤放大器、第二光纤耦合器、扰偏器、第一光电探测器、微波扫频模块、数据采集卡和上位机；其中，将窄线宽激光器发射出系统光源连接到第一光纤耦合器（8）的c端口，第一光纤耦合器的a端口连接到光脉冲调制器输出脉冲光，第一光纤耦合器的b端口连接到扰偏器输出参考光连接到第二光纤耦合器的a端口，经过光脉冲调制器调制后的脉冲光连接到脉冲光放大器，然后连接到环形器的c端口，环形器的b端口连接到传感光缆，环形器的a端口连接到掺铒光纤放大器将后向散射光信号放大后，注入第二光纤耦合器的b端口，与连接到第一光纤耦合器的b端口经过扰偏器输出的参考光拍频后，由第二光纤耦合器的c端口进入第一光电探测器，之后顺次连接到微波扫频模块、数据采集卡和上位机。