[实用新型]基于光纤和GNSS的高精度大量程三维形变监测装置

说明书

一种基于光纤和GNSS的高精度大量程三维形变监测装置，其特征在于：包括一个GNSS参考站、一个上位机、一个基板、四个GNSS接收机、一个光纤干涉测量仪，基板上设有一个中心引接点以及环绕在中心引接点四周的三个外围引接点，三个外围引接点均与中心引接点通过光纤和光栅传感器连接成Y型，基板上还设有用于调节Y型光纤各边长度的长度自动调节装置，四个GNSS接收机分别设置在中心引接点和三个外围引接点处，三个外围引接点均与光纤干涉测量仪的三个接口连接，中心引接点处设有反射装置。该基于光纤和GNSS的高精度大量程三维形变监测装置既可进行三维测定，且测量精度高、量程大。

技术领域

本实用新型涉及形变监测技术领域，具体涉及一种基于光纤和GNSS的高精度大量程三维形变监测装置。

背景技术

当前对缓慢形变对象的形变监测手段主要有包含GPS北斗卫星导航定位系统在内的全球卫星导航定位系统(GNSS)、以及光栅光纤技术。而对监测对象进行形变监测能达到的精度是评价监测装置的主要性能指标。

但是GNSS监测技术和光栅光纤技术在监测形变时分别存在如下缺陷：

GNSS技术：利用L波段的GNSS技术可以对监测对像进行全天时、全天候自动化的形变监测。形变监测精度理论上可以达到2mm，但是在实际的应用场景中，GNSS接收机的天线受到多路径影响，这大大降低了观测值的精度。此外，在边坡等应用场景中，监测对象往往遮挡卫星信号，从而造成卫星几何结构不佳导致形变解算精度降低，严重情况下，可视卫星不足，无法实现形变结果的解算。

光栅光纤技术：可以对监测对象实现纳米级的形变信息的提取，监测精度较高。但是光栅光纤技术适用的最大形变量是由其引接点之间的光纤长度决定的，最大量程Δl＝0.01L，L为引接点之间的光纤长度。当形变量大于最大量程时，引接点之间的光纤会断裂，造成监测失败。在一些应用场景中形变量往往有几个厘米甚至几个分米。过度地增加引接点之间的光纤长度会造成传感器的尺寸变大，往往不利于传感器的布设。此外，利用光栅光纤技术还有另外一个缺点，即光栅光纤技术只能监测两个引接点之间的光纤长度的相对形变量，当两个引接点在向同一个方向变化相同距离时，光栅光纤技术无法监测出这一类形变。最后，光栅光纤技术只能获得光纤布设方向的形变量，无法像GNSS技术一样获得三维方向的形变量。

因此GNSS监测技术存在精度不高的问题，而光栅光纤监控技术存在形变量程受限且不能获得三维形变监测结果的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种既可进行三维测定，且测量精度高、量程大的基于光纤和GNSS的高精度大量程三维形变监测装置。

本实用新型的技术解决方案是：一种基于光纤和GNSS的高精度大量程三维形变监测装置，其特征在于：包括一个GNSS参考站、一个上位机、一个基板、四个GNSS接收机、一个光纤干涉测量仪，所述基板上设有一个中心引接点以及环绕在中心引接点四周的三个外围引接点，所述中心引接点和三个外围引接点处均设有用于与被测对象相固定的紧固装置，所述三个外围引接点均与中心引接点通过光纤和光栅传感器连接成Y型，所述基板上还设有用于调节Y型光纤各边长度的长度自动调节装置，所述四个GNSS接收机分别设置在中心引接点和三个外围引接点处，所述三个外围引接点均与光纤干涉测量仪的三个接口连接用于输入光路信号并返回光路信号，所述中心引接点处设有反射装置用于将各外围引接点处输入到中心引接点处的光路信号按原路反射回去，所述光纤干涉测量仪、各GNSS接收机、各长度自动调节装置均与上位机通信连接，所述上位机还与GNSS参考站通信连接。

本实用新型工作过程如下：