CN109974833A - 基于光纤光栅传感技术的准分布式地下爆炸地震动测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤光栅传感技术，为基于光纤光栅传感技术的准分布式地下爆炸地震动测量系统，由数据采集计算机、网线、光纤光栅解调仪、通讯光缆、转接法兰、光纤Bragg光栅振动传感器依序配接构成，传感器两端预留有FC/APC接口，光缆位于传感器外壳附近的部分与传感器固定在一起，通讯光缆需固定在电缆挂钩上，整个光缆通路上任一处光缆的最大弯曲度不大于60°，解调仪设置在震动加速度不超过±1g的抗震工作台上。本发明具有抗电磁干扰能力强、信号传输距离远、系统容量大、系统灵敏度高等优点，适用于地下坑道等复杂工程作业环境下的爆炸地震动测量。

Description

基于光纤光栅传感技术的准分布式地下爆炸地震动测量系统
技术领域
本发明专利是一种基于光纤光栅传感技术的准分布式地下爆炸地震动测量系统，可满足地下坑道及其它复杂环境下地震动信号的测量需求。
背景技术
目前工程上常使用压电类加速度传感器来测量爆炸地震动，这些电磁类传感器存在易受电磁干扰、布线多、不易组网等问题。基于光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Gating，FBG)传感技术的震动加速度传感器具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、质量轻、易于组网等优点，由此组网形成的准分布式地震动测量系统信号传输距离远、系统容量大、灵敏度高，具有广阔的应用前景。
发明内容
发明目的：本发明专利的目的是提供一种基于光纤光栅传感技术，用于地下爆炸地震动信号测量的准分布式测量系统，该系统具有抗电磁干扰能力强、信号传输距离远、系统容量大、系统灵敏度高等优点，适用于地下坑道等复杂工程作业环境下的爆炸地震动测量。
技术方案：本发明的目的是这样实现的：它由数据采集计算机、网线、光纤光栅解调仪、通讯光缆、转接法兰、光纤Bragg光栅振动传感器依序配接构成，传感器两端预留有FC/APC接口，光缆位于传感器外壳附近的部分与传感器固定在一起，通讯光缆需固定在电缆挂钩上，整个光缆通路上任一处光缆的最大弯曲度不大于60°，解调仪设置在震动加速度不超过±1g的抗震工作台上。
该系统由数据采集计算机、网线、光纤光栅解调仪、通讯光缆、转接法兰、光纤光栅震动传感器组成。光纤光栅震动传感器用来探测震动加速度信号，传感器的频率响应范围为0～300Hz，适用于0～100Hz之间低频地震动信号测量。每个震动传感器的FBG波长变化范围为±0.5nm，理论上，在解调仪80nm的工作带宽范围内，单根光纤最多可连接80个震动传感器并实现同步测量。传感器上下两端都预留有FC/APC接口，可使用转接法兰方便的将所有传感器连接起来，传感器需固定在工程基岩之上，或固定在打入基岩之中的锚杆上。主通讯光缆选用SMF-28单模光纤。光纤光栅解调仪与感器通过主通讯光缆连接，用来解调和处理传感器的波长信号。数据采集控制计算机与调仪通过通讯网线与相连接，用来控制解调仪，实现波长信号的采集、存储和处理。由于单模光纤的信号功率损耗较低（低于0.15dB/km），该系统的测量信号最远传输距离可达30km，可实现对爆炸地震动信号的远距离测量。
本发明光纤光栅振动传感器结构包括一个双弹簧振子结构，将惯性质量块固定在两个初始波长相同的光纤光栅中间，在震动加速度作用下，质量块产生相对位移，位移信号最终转换与光纤光栅的波长变化信号，通过解调每个传感器光纤光栅中心波长变化情况就可以获得该传感器所在位置地震动信号的大小和方向。
有益效果：本发明专利使用光纤光栅震动传感器组网进行爆炸地震动信号准分式测量，系统具有抗电磁干扰能力强、信号传输距离远、系统容量大、灵敏度等优点，适用于地下坑道等复杂电磁环境使用。
附图说明
图1是本发明的原理简图；
图2是本发明光纤光栅震动加速度传感器（现有光纤Bragg光栅振动传感器）的结构简图。
具体实施方式
如图1所示，本发明主要由数据采集计算机、网线、光纤光栅解调仪、通讯光缆、转接法兰、光纤光栅震动传感器组成。传感器两端预留有FC/APC接口，可方便地通过通讯光缆与解调仪相连接。系统通过光纤光栅震动传感器的初始中心波长来确定测点位置，可根据测点位置的爆心距选择不同加速度量程的震动传感器来确保各测量点能够采集到完整的地震动信号。在实际使用过程中，传感器外壳附近的光缆必需与传感器固定在一起，确保在震动冲击下不出现数据断点。主通讯光缆需固定在电缆挂钩上，整个光缆通路上任一处光缆的最大弯曲度不超过60°，解调仪应当放置在震动加速度不超过±1g的抗震工作台上，确保解调仪在爆炸瞬间能够正常工作。
如图2所示，现有光纤Bragg光栅振动传感器，其结构为：包括光纤Bragg光栅FBG1[1]、光纤Bragg光栅FBG2[2]、质量块[3]、石英管[4]、壳体[5]、上盖[6]、预应力反向螺栓[7]和底座[8]。所述壳体[5]呈圆柱腔体，其上端同上盖[6]，下端同底座[8]，以及上盖[6]同预应力反向螺栓[7]，均通过螺纹连接；石英管[4]外壁与壳体[5]内壁间隙配合；质量块[3]位于FBG1[1]和FBG2[2]中间位置，光纤两端同底座[8]、预应力反向螺栓[7]胶体固定，始终处于拉紧状态，相当于两个弹簧，与质量块组成双弹簧-振子系统。

Claims (1)

1.一种基于光纤光栅传感技术的准分布式地下爆炸地震动测量系统，其特征在于：由数据采集计算机、网线、光纤光栅解调仪、通讯光缆、转接法兰、光纤Bragg光栅振动传感器依序配接构成，传感器两端预留有FC/APC接口，光缆位于传感器外壳附近的部分与传感器固定在一起，通讯光缆需固定在电缆挂钩上，整个光缆通路上任一处光缆的最大弯曲度不大于60°，解调仪设置在震动加速度不超过±1g的抗震工作台上。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110414675A (zh) * 2019-09-02 2019-11-05 中北大学 一种基于深度学习的地下浅层震源定位方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201155991Y (zh) * 2007-12-20 2008-11-26 武汉理工大学 一种新型的光纤光栅加速度传感器
CN102147422A (zh) * 2011-01-04 2011-08-10 中国地质大学（武汉） 伺服式光纤布拉格光栅加速度传感器
RU2011125945A (ru) * 2011-06-24 2012-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "НЦВО-ФОТОНИКА" (ООО ИП "НЦВО-Фотоника") Распределительная волоконно-оптическая система регистрации виброакустических сигналов
US20130271769A1 (en) * 2010-12-08 2013-10-17 Fotech Solutions Limited Distributed Optical Fibre Sensor
CN103542925A (zh) * 2013-09-23 2014-01-29 华中科技大学 一种准分布式光纤振动传感装置
CN204287227U (zh) * 2014-12-09 2015-04-22 天津简仪科技有限公司 一种用于船体应力监测的光纤加速度传感器结构
CN204881836U (zh) * 2015-05-27 2015-12-16 三峡大学 一种光纤光栅地声传感探头
CN106092304A (zh) * 2016-08-16 2016-11-09 武汉理工大学 用于监测爆破振动的分布式光纤振动传感器系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201155991Y (zh) * 2007-12-20 2008-11-26 武汉理工大学 一种新型的光纤光栅加速度传感器
US20130271769A1 (en) * 2010-12-08 2013-10-17 Fotech Solutions Limited Distributed Optical Fibre Sensor
CN102147422A (zh) * 2011-01-04 2011-08-10 中国地质大学（武汉） 伺服式光纤布拉格光栅加速度传感器
RU2011125945A (ru) * 2011-06-24 2012-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "НЦВО-ФОТОНИКА" (ООО ИП "НЦВО-Фотоника") Распределительная волоконно-оптическая система регистрации виброакустических сигналов
CN103542925A (zh) * 2013-09-23 2014-01-29 华中科技大学 一种准分布式光纤振动传感装置
CN204287227U (zh) * 2014-12-09 2015-04-22 天津简仪科技有限公司 一种用于船体应力监测的光纤加速度传感器结构
CN204881836U (zh) * 2015-05-27 2015-12-16 三峡大学 一种光纤光栅地声传感探头
CN106092304A (zh) * 2016-08-16 2016-11-09 武汉理工大学 用于监测爆破振动的分布式光纤振动传感器系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨笛等: "《导波光学基础》", 31 March 2012 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110414675A (zh) * 2019-09-02 2019-11-05 中北大学 一种基于深度学习的地下浅层震源定位方法
CN110414675B (zh) * 2019-09-02 2022-05-27 中北大学 一种基于深度学习的地下浅层震源定位方法

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