CN103134430A - 一种滑坡监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滑坡监测系统，包括插入滑坡内的测斜管，测斜管穿过滑坡的潜在滑动面并延伸至基岩体表面以下的钻孔内，测斜管内连续布设有供信号光纤穿过的曲线型测试通道，曲线形测试通道包括多个A侧变形齿和多个B侧变形齿；测试单元包括光时域反射计和光源-光功率计，信号光纤一的一端与光时域反射计连接，信号光纤二与光源-光功率计连接；包括电源系统，电源系统包括电池组；包括无线收发模块一，无线收发模块一与无线收发模块二无线连接。该滑坡监测系统其结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，实用价值高、适应性强、可实现远距离监控，能有效监测滑坡深度位移的变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种滑坡监测系统。
背景技术
滑坡是指斜坡上的土岩体由于多种因素的影响，在重力的作用下，沿着一定的软弱面或软弱带，整体或部分地顺坡向下滑动的现象。滑坡灾害是具有危害较大的地质灾害之一。因为地质条件的差异，滑坡的种类、现象很多，这也对滑坡的监测制造了较高的难度。滑坡的监测指标包括地质宏观形迹监测指标、地面位移监测指标、深部位移监测指标、诱发因素监测指标、地下水动态监测指标和地球物理场监测指标。其中深部位移监测能直接反映滑坡体多层变形特征和滑带的位置，是滑坡监测的必备内容。传统的滑坡深部位移监测主要采用多点位移计、钻孔测斜仪，这两种方法不易进行远距离检测，需要人工现场监测，实时性差，难以满足对滑坡的长期实时监测要求，并且在滑坡处于临界状态时人工现场监测也会有极大的风险。另一种利用同轴电缆的阻抗特性会随着电缆变形而发生变化的特点来测量滑坡深部位移的方法，由于同轴电缆阻抗变化引起的电磁波反射信号和电缆变形量的关系，尚没有相应的理论基础，故变形量只能以室内重复试验结果的拟合公式计算，具有很大的或然性，并且也不易远距离检测，从而限制了其使用范围。现有的分布式光纤传感技术也有试验性的应用于滑坡监测，如采用光时域反射技术(简称OTDR)和布里渊后向散射技术(简称BOTDR)的方案，由于没有解决传感光纤的灵敏度和传感光纤的有效保护之间的矛盾，所以并没有得到推广使用，另外基于布里渊后向散射技术的方案由于设备成本较高，也成为限制其应用的一个重要因素。光纤传感技术在滑坡监测的应用前景是被许多学者看好的，但现有的技术方案均没有充分挖掘并释放出光纤传感的巨大潜力，这些都是迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种滑坡监测系统。该滑坡监测系统其结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，实用价值高、适应性强、可实现远距离监控，能有效监测滑坡深度位移的变化，具有广阔的应用前景。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种滑坡监测系统，包括插入滑坡内的测斜管，所述测斜管穿过滑坡潜在滑动面并延伸至基岩体表面以下的钻孔内，所述测斜管内连续布设有供信号光纤穿过的曲线型测试通道，所述曲线形测试通道包括柱体以及连续布设在所述柱体上的上下相对两侧的多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，多个A侧变形齿和多个B侧变形齿之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤穿过的曲线形通道，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在信号光纤两侧，信号光纤与测试单元连接，测试单元与控制单元连接，其特征在于：所述的曲线型测试通道内包含有并排布设的信号光纤一和信号光纤二；测试单元包括光时域反射计和光源-光功率计，所述信号光纤一的一端与光时域反射计连接，所述信号光纤二与光源-光功率计连接；还包括一电源系统，所述电源系统包括电池组；还包括与控制单元连接的无线收发模块一，无线收发模块一与位于远端监测室对应的无线收发模块二无线连接。
上述的一种滑坡监测系统，其特征在于：所述信号光纤一上安装有一个或一个以上的光反射装置二。
上述的一种滑坡监测系统，其特征在于：所述信号光纤二的一端安置有光反射装置一，另一端与1×2光分路器的输入端相接，且所述1×2光分路器的输出端与光源-光功率计相接。
上述的一种滑坡监测系统，其特征在于：所述电源系统中有为电池组充电的太阳光伏发电装置或风力发电装置。
上述的一种滑坡监测系统，其特征在于：所述信号光纤一和信号光纤二的模长直径的最大值与最小值的差异不大于其平均值的10％；所述的信号光纤一和信号光纤二的截止波长的最大值与最小值的差异不大于其平均值的10％。
上述的一种滑坡监测系统，其特征在于：所述信号光纤一和信号光纤二是同一根光纤上的相邻的两段。
上述的一种滑坡监测系统，其特征在于：所述光时域反射计和光源-光功率计所发出的、入射到信号光纤内的、同一波段的光信号波长之差小于等于25nm，所述同一波段是1310nm±30nm波段、1550nm±30nm波段或1625nm±30nm波段。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、结构简单、加工制作简便、投入成本低且使用方式灵活、灵敏度高。
2、适用面广，适应能力强，能有效适用于各种滑坡类型。
3、测试精度高，安装布设方便。
4、通过无线收发模块可以远距离实时监测滑坡的具体状态，降低了劳动强度和危险性。
5、选用普通的通信光纤、以及常规的测试仪器如光源-光功率计或光时域反射计就可以完成滑坡深度位移监测，从而可以大幅度降低整个装置的成本，利于推广使用。
6、通过使用多通道光开关可以共用一套测试单元，方便实现多个测斜管的监测，从而构建出监测阵列。
7、通过为信号光纤一和信号光纤二选择参数接近的光纤，可以使光时域反射计和光源-光功率计所测得的结果接近，不至于出现较大的偏差。
8、在测试单元中使用光时域反射计可以监测出滑坡深部的各个滑移点的位置和位移，使用光源-光功率计可以监测出滑坡的整体位移状态，两套测试系统同时监测可以互为备份及互相验证，并防止测试结果与实际状态出现较大的偏差，保证监测结果的准确性。
综上所述，本发明结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，实用价值高，能有效监测滑坡的变化情况，具有广阔的应用前景。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明第一具体实施方式的结构示意图。
图2为图1中箱体内部的结构示意图。
图3为本发明柱体的结构示意图。
图4为本发明图3中A-A剖面的结构示意图。
图5为本发明第二具体实施方式的结构示意图。
图6为本发明第二具体实施方式中柱体结构示意图。
图7为本发明第三具体实施方式的结构示意图。
图8为本发明第四具体实施方式的结构示意图。
图9为本发明第四具体实施方式种的箱体内部的结构示意图。
附图标记说明：
1-光缆； 2-光缆二； 4-1-A侧变形齿；
4-2-B侧变形齿； 5-测试单元； 7-处理单元；
9-光源-光功率计； 11-滑坡； 12-测斜管；
13-传输光纤一； 14-传输光纤二； 15-滑动面；
16-基岩体； 17-传输光纤三； 18-光时域反射计；
19-电池组； 20-箱体； 21-发电装置；
22-无线收发模块一；23-1×2光分路器； 24-光源；
25-光功率计； 26-光源-光功率计； 27-无线收发模块二；
28-控制中心； 30-光反射装置一； 31-多通道光开关；
33-信号光纤一； 34-信号光纤二； 35-光开关；
36-柱体； 37-缝隙； 38-光反射装置二。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2、图3、图4所示的一种滑坡监测系统，包括插入滑坡内的测斜管12，所述测斜管12穿过滑坡潜在滑动面15并延伸至基岩体16表面以下的钻孔内，所述测斜管12内连续布设有供信号光纤穿过的曲线型测试通道，所述曲线形测试通道包括柱体36以及连续布设在所述柱体36上的上下相对两侧的多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2，多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤穿过的曲线形通道，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在信号光纤两侧，信号光纤与测试单元5连接，测试单元5与控制单元连接，其特征在于：所述的曲线型测试通道内包含有并排布设的信号光纤一33和信号光纤二34；测试单元5包括光时域反射计18和光源-光功率计26，所述信号光纤一33的一端与光时域反射计18连接，所述信号光纤二34与光源-光功率计26连接；还包括一电源系统，所述电源系统包括电池组19；还包括与控制单元连接的无线收发模块一22，无线收发模块一22与位于远端监测室对应的无线收发模块二27无线连接。
本实施例中，当滑坡11移动时，测斜管12出现弯曲，使柱体36也弯曲，从而使布设于柱体36内的A、B两侧变形齿间的距离改变，导致夹持于A、B两侧变形齿间的信号光纤一33和信号光纤二34的弯曲曲率变化，使传输于信号光纤33和信号光纤二34内的光信号的功率变化，通过光缆1测试单元5测得该变化信号并传递给控制单元7，控制单元7经计算得到柱体36的弯曲状态，并推算出测斜管12的弯曲挠度，从而得到滑坡11的深部位移结果，控制单元7通过无线收发模块一22将结果传输给无线收发模块二27，然后进入控制中心28存储或进一步处理。
在箱体20内还包括电池组19，其为测试单元5、控制单元7和无线收发模块一22提供电源。
优选的，为所述的电池组19充电的发电装置21，所述的发电装置21可以是光伏发电装置或风力发电装置，或是这两者的组合。
优选的，所述的信号光纤一33和信号光纤二34的模长直径的最大值与最小值的差异不大于其平均值的10％；所述的信号光纤一33和信号光纤二34的截止波长的最大值与最小值的差异不大于其平均值的10％。
优选的，所述的信号光纤一33和信号光纤二34是同一根光纤上的相邻的两段。
优选的，所述的光时域反射计18和光源24所发出的、分别入射到信号光纤一33和信号光纤二34内的、同一波段的光信号波长之差不大于25nm。
优选的，所述的同一波段是1310nm±30nm波段、1550nm±30nm波段或1625nm±30nm波段。
优选的，所述信号光纤一33和信号光纤二34外部包覆有一层防水材料层，如防水油膏，可进一步防止水分子对信号光纤一33和信号光纤二34的侵蚀，延长了信号光纤一33和信号光纤二34的使用寿命。
实施例2
如图5、图6所示，本实施例中，与实施例1不同的是：在信号光纤二34的末端安置有光反射装置一30，所述光源-光功率计26内包括1×2光分路器23，传输光纤三17与1×2光分路器23的输入端连接，1×2光分路器23的输出端分别与光源24和光功率计25连接。其过程是：光源24发出的光信号通过1×2光分路器23、传输光纤三17、光缆1进入信号光纤二34，并在信号光纤二34的末端由光反射装置一30返回，并经过光缆1、传输光纤三17、和1×2光分路器23进入光功率计25中，完成测试，整个过程中，光信号两次经过由柱体36构成的传感区域，从而使灵敏度提高一倍。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例3
如图7所示，本实施例中，与实施例2不同的是：在所述的信号光纤一33上安置有多个光反射装置二38，光时域反射计18可通过检测各个光反射装置二38的反射光功率、并计算出相邻两个光反射装置二38的反射光功率的差值而获得两个光反射装置二38所在位置之间的弯曲情况，从而得到滑坡深部的位置和位移。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例2相同。
实施例4
如图8、图9所示，本实施例中，与实施例2不同的是：当有两个包含有曲线形测试通道的测斜管12时，测斜管12内的曲线形测试通道内的信号光纤分别通过光缆1和光缆二2连接位于箱体20内的多通道光开关31并与测试单元5连接，在控制单元7控制多通道光开关31按次序接通相应的光纤通道，从而使用一个测试单元5可以监测两个测斜管12的状态。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例2相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种滑坡监测系统，包括插入滑坡内的测斜管(12)，所述测斜管(12)穿过滑坡潜在滑动面(15)并延伸至基岩体(16)表面以下的钻孔内，所述测斜管(12)内连续布设有供信号光纤穿过的曲线型测试通道，所述曲线形测试通道包括柱体(36)以及连续布设在所述柱体(36)上的上下相对两侧的多个A侧变形齿(4-1)和多个B侧变形齿(4-2)，多个A侧变形齿(4-1)和多个B侧变形齿(4-2)之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤穿过的曲线形通道，A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿(4-2)对应布设在信号光纤两侧，信号光纤与测试单元(5)连接，测试单元(5)与控制单元连接，其特征在于：所述的曲线型测试通道内包含有并排布设的信号光纤一(33)和信号光纤二(34)；测试单元(5)包括光时域反射计(18)和光源-光功率计(26)，所述信号光纤一(33)的一端与光时域反射计(18)连接，所述信号光纤二(34)与光源-光功率计(26)连接；还包括一电源系统，所述电源系统包括电池组(19)；还包括与控制单元连接的无线收发模块一(22)，无线收发模块一(22)与位于远端监测室对应的无线收发模块二(27)无线连接。
2.根据权利要求1所述的一种滑坡监测系统，其特征在于：所述信号光纤一(33)上安装有一个或一个以上的光反射装置二(38)。
3.根据权利要求1所述的一种滑坡监测系统，其特征在于：所述信号光纤二(34)的一端安置有光反射装置一(30)，另一端与1×2光分路器(23)的输入端相接，且所述1×2光分路器(23)的输出端与光源-光功率计(26)相接。
4.根据权利要求1所述的一种滑坡监测系统，其特征在于：所述电源系统中有为电池组(19)充电的太阳光伏发电装置或风力发电装置。
5.根据权利要求1所述的一种滑坡监测系统，其特征在于：所述信号光纤一(33)和信号光纤二(34)的模长直径的最大值与最小值的差异不大于其平均值的10％；所述的信号光纤一(33)和信号光纤二(34)的截止波长的最大值与最小值的差异不大于其平均值的10％。
6.根据权利要求1所述的一种滑坡监测系统，其特征在于：所述信号光纤一(33)和信号光纤二(34)是同一根光纤上的相邻的两段。
7.根据权利要求1所述的一种滑坡监测系统，其特征在于：所述光时域反射计(18)和光源-光功率计(26)所发出的、入射到信号光纤内的、同一波段的光信号波长之差小于等于25nm，所述同一波段是1310nm±30nm波段、1550nm±30nm波段或1625nm±30nm波段。
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