CN113203507B - 一种光纤地应力测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤地应力测量系统，属于地球物理学中地壳形变观测、地震监测和预报领域，包括传感光纤、参考光纤、地应力传递单元和信号处理单元；地应力传递单元固定于基岩，传感光纤缠绕于地应力传递单元之间并可调整预应力以对其灵敏度进行调节；基岩之间由于地应力产生相对位移时，地应力传递单元将地应力信号传递至传感光纤，引起传感光纤应力变化；信号处理单元计算传感光纤与参考光纤的瑞利背向散射光的相位变化差，得到该基岩位置处的地应力信息。本发明采用微结构点高散射率光纤作为敏感单元，结合增敏安装方式与温度补偿算法，通过相位解调系统可实现短基线的高精确度地应力探测，通过多个单元级联，用一根光纤实现分布式实时探测。
Description
技术领域
本发明属于地球物理学中地壳形变观测、地震监测和预报领域，更具体地，涉及一种光纤地应力测量系统。
背景技术
地壳形变观测是地球物理学中针对地质构造过程及地震、火山等地质灾害研究的核心环节之一，也是地质力学进行研究的基础。相比于一般的应用场景，地质构造过程中待观测的应变信号及其微弱，干扰来源复杂，相应地对传感与测量技术提出了较高的要求。传统的地壳应变监测站广泛采用铟钢棒伸缩应变仪技术，为达到纳应变级测量分辨率，其传感探头长度需达到几十米至几百米，其巨大的尺寸使得整个系统安装于施工的复杂程度与成本极高，并且传统电学传感器还伴随着系统零漂以及严重制约了这类应变传感仪器在地壳观测中的推广应用。
光纤传感技术是以光纤作为传感单元的全光传感技术，具有体积小，灵敏度高，抗电磁干扰，耐高温高压，便于组网等一系列独特的优势，可为地应变的检测提供一种新的解决思路。2010年，意大利国家光学研究所的Gagliardi等人在《Science》发表了一篇探索光纤光栅传感器应变探测精度极限的论文，他们采用商用的光学频率梳作为参考稳频源，结合射频调制技术和激光锁频技术实现超高精度的光纤光栅应变测量。结果显示，该系统的应变探测精度可以达到纳应变量级。证实了光纤传感器测量地应力的可行性。
在地壳形变观测中的应变场分布测量、三维应变张量测量等应用场合中，往往需要多个一维线应变传感通道以获取足够信息，因而对传感器的可复用性提出了要求。然而，当前高精度光纤光栅波长解调系统的传感复用技术却鲜有文献报道。目前研究中的高精度光纤光栅地应力检测系统多是基于激光锁频技术或者激光扫频技术，这些探测系统都在波分复用、空分复用技术的使用上存在着较大的限制，带来了组网的困难。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光纤地应力测量系统，其目的在于通过将该系统固定于基岩上，通过地应力传递单元将地应变传感于传感光纤上，传感光纤受到应变产生相位变化，将相位变化进行解调即可获得地应力信息，由此解决现有电学测地伸缩仪施工的复杂程度高的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光纤地应力测量系统，所述测量系统包括传感光纤、参考光纤、地应力传递单元和信号处理单元；
所述地应力传递单元固定于基岩上；所述传感光纤缠绕于相邻地应力传递单元之间并保持张紧状态以使所述传感光纤各段受力一致；所述参考光纤以不受地应力的方式连接于所述传感光纤的引出端，用于获取外界环境信息以作为后续补偿；
当基岩之间由于地应力产生相对位移时，所述地应力传递单元随之位移，进而将地应力信号传递至所述传感光纤，从而引起所述传感光纤的应力变化，以使所述传感光纤中传输光与瑞利背向散射光的特性发生变化；所述信号处理单元用于计算所述传感光纤与所述参考光纤的瑞利背向散射光的相位变化差，即可得到该基岩位置处的地应力信息。
优选地，所述传感光纤和所述参考光纤均为微结构散射增强光纤，在所述微结构散射增强光纤中引入多个离散分布的微结构散射点，并将该微结构散射增强光纤划分为若干个独立区块；当微结构散射增强光纤上任意一点环境参量发生变化时，可以找到将发生事件包含在内的两个相邻的微结构散射点，通过计算两个微结构散射点的光相位差即可获得光纤区块上的事件。
作为本发明的优选实施例，所述传感光纤与参考光纤均采用微结构点高散射率光纤，微结构点高散射率光纤增大了背向瑞利散射光，以提高散射光强度，增大传感灵敏度，达到信噪比提升的目的，为了保证两高散射率微结构点之间的相位变化累积最大，应调整微结构点于光纤夹具外侧，使光纤产生相位变化最大，达到高灵敏度的目的，并且所述传感光纤与参考光纤持有相同的结构参数与技术参数，如具有相同的散射率、散射点间隔等。
优选地，所述信号处理单元包括光纤相位解调系统，所述光纤相位解调系统基于窄线宽激光器将光源注入所述传感光纤与所述参考光纤，通过接收光源产生的瑞利背向散射光并对其进行相位解调以获得光路的相位信息。
作为本发明的优选实施例，所述光纤相位解调系统对传感光纤与参考光纤的相位变化进行解调，由于参考光纤采用不受应力安装方式，传感光纤受到应力作用，所以可以通过比较传感光纤与参考光纤的相位变化量可以消除环境因素所带来的影响，得到传感光纤由应变所带来的相位变化。
优选地，将多个所述地应力传递单元通过所述传感光纤进行串联，以实现分布式地应力测量。本发明中将所述地应力传感单元多个串联，即可用同一根光纤与一套解调系统实现短基线的分布式地应力检测。
优选地，所述地应力传递单元包括底座、传力柱和多个滑轮结构；所述底座固定于基岩上，所述传力柱安装于所述底座并始终垂直于基岩表面，所述滑轮结构采用无相对摩擦的方式安装于所述传力柱上；所述底座用于将所述测量系统固定于基岩上并传递地应力信号，所述传力柱用于接收所述底座传递的地应力信号，并将该地应力信号传递至所述传感光纤，所述滑轮结构用于张紧所述传感光纤并使其各段受力一致，从而使所述传感光纤的各段同时受到地应力的作用。
作为本发明的优选实施例，在所述底座应留有若干个下沉螺丝孔位便于固定，其安装方式为使用膨胀螺丝固定于基岩上，并与基岩保持无相对运动。
作为本发明的优选实施例，所述传力柱的安装方式为使用螺纹或者螺丝等机械结构垂直固定于底座之上，与底座保持无相对运动，亦可以与底座一体成型。
作为本发明的优选实施例，所述滑轮结构的结构为圆柱形，为保证光纤宏弯损耗不会对精密探测造成影响，其半径需大于20mm，所述滑轮结构侧方应刻制有V型槽，V型槽的结构参数应与所采用光纤的外径参数保持一致，防止传感光纤与滑轮结构之间的相对滑动，所述滑轮结构通过高精度制作工艺固定于传力柱上，与传力柱之间维持无摩擦力运动状态，且不发生纵向相对位移；传力柱上的滑轮结构数量以及滑轮结构侧面V型槽的数量可根据实际需求自由调控。
进一步地，所述底座、传力柱、滑轮结构均采用能够与基岩进行良好受力耦合的材料，使地应力信号能更好地传感至传感光纤，得到高精度的测量结果。
优选地，所述滑轮结构的侧端设有V型槽结构，所述V型槽的槽径与所述传感光纤的外径一致，以使所述V型槽结构与所述传感光纤之间的受力耦合，防止所述传感光纤与所述滑轮结构之间产生相对的滑动。
优选地，在所述底座上还设有位移调整平台，所述传感光纤的两端固定于所述位移调整平台，所述位移调整平台可在所述底座上沿所述传感光纤轴向平移以调整所述传感光纤所受到的预应力大小。
作为本发明的优选实施例，所述位移调整平台只具有一维的位移调整功能，其余两个位移维度固定，其位移方向与传感光纤轴向保持一致，通过螺杆结构实现位移的调整，进而可以调节光纤所受轴向预应力大小，达到对探测灵敏度进行调节的目的，其安装方式为通过一定物理结构固定于所述底座之上。
优选地，还包括光纤夹具，所述光纤夹具固定安装于所述位移调整平台上，其用于夹紧所述传感光纤的两端以保证所述传感光纤经所述位移调整平台调整后的预应力不变。
作为本发明的优选实施例，所述光纤夹具可将传感光纤两段夹紧，传感光纤与光纤夹具之间不发生相位运动，其安装方式为通过一定物理结构固定于位移调整平台之上，与位移调整平台保持无相对运动，所述位移调整平台可通过沿传感光纤轴向进行位移对夹具进行移动带动传感光纤，对光纤施与轴向预应力并通过设置位移长度对预应力大小进行调整。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由能够取得下列有益效果：
1、本发明提出的光纤地应力测量系统通过将该系统固定于基岩上，通过地应力传递单元将地应变传感于传感光纤上，传感光纤受到应变产生相位变化，将相位变化进行解调即可获得地应力信息，实现了地应力的高精度测量，整个系统结构简单，易于施工。
2、本发明提出的光纤地应力测量系统中传感光纤与参考光纤采用微结构散射增强光纤作为敏感单元，结合一定的增敏安装方式与温度补偿算法，通过相位解调系统，实现高精度地应力探测。
3、本发明提出的光纤地应力测量系统中通过在传感光纤的一端引入不受地应力影响的参考光纤，参考光纤用于补偿温度变化等环境因素对测量结果带来的影响，进一步提高测量结果的精确度。
4、本发明提出的光纤地应力测量系统中，将多个地应力传递单元进行串联，利用一根传感光纤即可实现多分量的分布式地应力探测，解决了现有光纤测地应力系统组网复用困难，难以实现分布式探测等问题。
5、本发明提出的光纤地应力测量系统将传感光纤来回缠绕的方式布设于相邻应力传递单元的滑轮结构之上，在基线长度不改变的情况下使传感光纤长度增加，提高了传感光纤的灵敏度；同时通过在滑轮结构上刻制V型槽保证了传感光纤每段受力一致，保证了测量结果的高精确度。
6、本发明提出的光纤地应力测量系统通过位移调整平台沿传感光纤轴向平移以调控传感光纤的预应力，可以对光纤响应灵敏度进行进一步调节，起到定标的作用。
附图说明
图1是本发明提供的光纤地应力测量系统的结构示意图；
图2是本发明提供的光纤地应力测量系统的实验室测量结果示意图；
图3是本发明提供的光纤地应力测量系统的实验室测量结果示意图
图4是本发明提供的光纤地应力测量系统在山洞环境下得到的噪底示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-底座；2-传力柱；3-滑轮结构；4-传感光纤；5-光纤夹具；6-位移调整平台；7-参考光纤；8-光纤相位解调系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1，本发明公开了一种光纤地应力测量系统，所述测量系统包括传感光纤、参考光纤、地应力传递单元和信号处理单元；所述地应力传递单元固定于基岩上；所述传感光纤缠绕于相邻地应力传递单元之间并保持张紧状态以使所述传感光纤各段受力一致；所述参考光纤以不受地应力的方式分别连接于所述传感光纤的引出端和所述信号处理单元，用于获取外界环境信息以作为后续补偿；当基岩之间由于地应力产生相对位移时，所述地应力传递单元随之位移，进而将地应力信号传递至所述传感光纤，从而引起所述传感光纤的应力变化，以使所述传感光纤中传输光与瑞利背向散射光的特性发生变化；所述信号处理单元用于计算所述传感光纤与所述参考光纤的瑞利背向散射光的相位变化差，即可得到该基岩位置处的地应力信息。
具体的，如图1所示，所述地应力传递单元包括底座1、传力柱2、滑轮结构3、光纤夹具5和位移调整平台6。
所述底座1用于将该光纤地应力测量系统固定于基岩上，并起到传递地应力信号的作用。所述传力柱2安装于所述底座1上，用于应变与应力的传递，所述传力柱2以垂直于基岩表面的方向安装于所述底座1上，亦可以与所述底座1一体成型，所述传力柱2用于固定滑轮结构，传力柱2的外径参数与所述滑轮结构3的内径参数保持匹配。
更进一步的说明，所述滑轮结构3串联安装于两个传力柱2上，用于将地应力信号传递到所述传感光纤4上，使传感光纤4产生应变进而使其相位产生变化用于实现对地应力的测量。
本发明的实施例中，所述滑轮结构3采用无相对摩擦的方式固定于传力柱2上，在所述滑轮结构3的侧方刻有V型槽，所述V型槽的结构参数应与所采用的光纤的外径参数保持一致，防止传感光纤4余滑轮结构3之间的相对滑动。需要说明的是，所采用的滑轮结构的具体数量没有严格限定，可根据需求自行调控，但是需要保证滑轮结构3的外径应大于2cm以确保光纤处于低损耗的传输状态，并且所述滑轮结构3应起到张紧光纤并使各段光纤受力一致的作用，以使多段光纤同时受到地应力的作用。
更进一步的说明，所述传感光纤4以一定的预应力来回缠绕于所述滑轮结构3之间，当基岩之间产生地应力时，两个传力柱2之间会产生相对位移，所述传感光纤4可以通过滑轮结构3感测到应变信号，并发生相位变化，可以实时测得基岩之间所产生的地应力。
本发明的实施例中，还可以通过增加滑轮结构3的数量，在基线保持不变的情况下，实现传感光纤4的增长，从而达到系统灵敏度提升的目的。
进一步地，所述传感光纤4采用微结构散射增强光纤，所制备的微结构散射增强光纤在光纤中引入一系列离散分布的微结构散射点，并将光纤划分为若干个独立区块。当光纤任意一点环境参量改变时，都可以找到两个相邻的微结构散射点，将发生时间包含在内，通过计算这两个微结构散射点的光相位差即可获得中间光纤区域上的时间。若第i和第j个微结构点间的光相位差可以表示为：
其中ne为光纤的有效折射率，dij为两个微结构点间的距离，当对这段光纤施加作用力或有外界温度变化时，由于光纤的弹光效应，光纤的折射率和长度会发生变化，相位变化可以表示为：
进一步的可以得到相位与光纤上应变率Δε变化之间的关系：
其中Ke为光纤应变折射率系数，α为光纤热胀系数，可视作常数。因此两个强散点间相位差的改变与光纤应变率与温度变化呈线性关系，通过求取相位并去除温度的影响，即可获得光纤上的应力分布。而每两个微结构点和两者中间的传感光纤即可视作一个传感单元，从而实现全光纤的分布式传感。在本发明中，采用增加滑轮结构3数量的方式，可以在基线保持不变的情况下，实现传感光纤4即dij的增长，增大
达到系统灵敏度提升的目的。
更进一步的说明，所述传感光纤4的两端通过所述光纤夹具5固定，所述光纤夹具5将传感光纤4两端夹紧，使传感光纤4余光纤夹具5之间不发生相对位移，保证传感光纤4布置时的初始预应力不变，使之能感受到外界地应力信号。
具体的，所述光纤夹具5的安装方式为通过螺丝结构固定于位移调整平台6之上，与位移调整平台6保持无相对运动，所述位移调整平台6可通过沿光纤轴向进行位移带动所述光纤夹具5进而改变传感光纤4所受到的预应力，通过设置位移长度可以对预应力大小进行调整，通过进行仿真实验，得到传感光纤4所受到的预应力的大小会影响传感光纤4的灵敏度，仿真结果表明，随着传感光纤4所受到的预应力增大，其灵敏度也会明显增大，通过对传感光纤4在各个预应力下所对应的灵敏度进行标定，即可通过对传感光纤4所受的预应力进行调整，达到本发明光纤地应力测量系统灵敏度可调节的目的。
更进一步的说明，如图1所示，在所述传感光纤4通过光纤夹具5固定后，其一端引出端连接有参考光纤7，所述参考光纤7的另一端连接于测量系统，可形成不同测地系统的级联，对多点的地应力进行同时的观测，在仅使用一根光纤的情况下，达到对地应力实现分布式实时监测的目的。
本发明的实施例中，所述参考光纤7采用与所述传感光纤4结构参数与性能参数一致的光纤，以无预应力的方式即不受外界形变影响的方式安装固定，由于所述参考光纤7以不受外界应力影响的方式安装固定，其相位变化仅受外界温度等环境因素的影响，因此可以通过对比参考光纤7余传感光纤4的相位变化差异，得到地应变信号，并可以实现对外界温度、环境扰动以及系统光强波动等干扰的补偿。
本发明的另一实施例中，所述参考光纤7以不受应力的方式固定，因此所述参考光纤7仅受到环境温度变化影响，其受到的相位变化为：
所述传感光纤4感受到的地应力信息与环境温度变化影响，其受到的相位变化为：
其中
通过比较传感光纤4与参考光纤7产生的相位变化量
与
可以消除由环境温度变化对相位变化带来的影响，因此两个强散点间相位差的改变与光纤应变率呈线性关系，通过比较传感光纤4与参考光纤7产生的相位变化量，即可获得光纤上的应力分布。
更进一步的说明，所述传感光纤4的两端通过光纤夹具5固定后，其两端的第一引出端连接参考光纤7，第二引出端连接光纤相位解调系统8，所述光纤相位解调系统8通过对传感光纤4与参考光纤7的相位变化进行解调，通过比较传感光纤与参考光纤的相位变化差异，进而可以获得地应力信息，并可以通过光信号返回时间的差别来对不同位置产生的地应变信号进行区分，即可实现对地应力进行分布式实时的监测。
本发明的实施例中，所述传感光纤4与参考光纤7采用微结构点高散射率光纤，并且传感光纤4与参考光纤7具有相同的技术参数，如具有相同的散射率、散射点间隔等，微结构点高散射率光纤增大了背向瑞利散射光，提高了解调信号的信噪比，为了保证两高散射率微结构点之间的相位变化累积最大，应调整微结构点于光纤夹具5的外侧，使光纤产生相位变化最大，达到高灵敏度的目的。
本发明的实施例中，该系统的施工方法为：所述传感光纤4采用预应力安装的方式与滑轮结构3进行受力耦合，使机械机构所受地应力最终传感到传感光纤4上；所述底座1、传力柱2、滑轮结构3均采用与基岩能够良好匹配的材料，例如特种不锈钢材料等。尤其是滑轮结构3，需要采用特殊高精度安装工艺，保证滑轮结构3与传力柱2高精度吻合，并且滑轮结构3与传力柱2之间不存在摩擦力。在所述滑轮结构3侧面，应刻制有V型槽便于放置光纤，为保证传感光纤4与滑轮结构3之间进行高精度受力耦合，所述滑轮结构3侧方V型槽结构应与所采用的传感光纤4的结构参数保持匹配，传感光纤4直接安装于滑轮结构3的V型刻槽内，并施加一定的预应力，即可形成传感光纤4与滑轮结构3之间的受力耦合。所述底座1与所述传力柱2通过一定机械结构进行受力耦合，亦可以一体成型。
在本实施例中，所述底座1、传力柱2、滑轮结构3需要采用对温度膨胀系数小的材料。需要注意的是，该光纤地应力测量系统需要安装于相对稳定安静的环境中(例如山洞中)，以减小外界环境(温度对流、动物活动等)对传感光纤4与参考光纤7造成的干扰。当地应变传递到传力柱2上时，经过滑轮结构3会对传感光纤4产生作用力，而参考光纤7由于采用自由放置，不受地应力的作用。因此，可以通过对比传感光纤4与参考光纤7的相位变化之差，补偿外界环境因素所带来的影响，获得传感光纤4所受到的地应变值，通过光纤相位解调系统8的连续解调，即可完成对地应力的实时监控。
在本实施例中，所述参考光纤7与所述传感光纤4具有相同参数的微结构点高散射率光纤，参考光纤7用于对传感光纤4的温度、光强噪声等进行补偿。检测过程中，参考光纤7与传感光纤4均对外界温度响应敏感。参考光纤7处于不受应变作用的状态，也需要进行固定，以避免其自身位置波动对解调解结果产生影响。
本发明的实施例中，所述光纤相位解调系统8是基于通过窄线宽激光器将光源注入传感光纤4与参考光纤7，通过接收光源产生的瑞利背向散射光，并对接收到的瑞利背向散射光进行高精度的相位解调，以获得光路的相位信息，由于相位变化与应变是一一对应的关系，进而得到光纤所受到的应变信息。其基本原理是，参考光纤7不受地应变作用，传感光纤4受到地应变作用，所以采用比较传感光纤4与参考光纤7的相位变化量可以得到传感光纤4由应变所带来的相位变化。这里为了提高所产生的的瑞利背向散射光强度，传感光纤4与参考光纤7均采用微结构点高散射率光纤，一方面可以增加瑞利背向散射光强度，提高信噪比，另一方面也可以抑制相干衰落现象，保证信号的可信度。
更进一步的说明，所述光纤相位解调系统8采用相干探测的方案，接收到的光信号的强度取决于本振光强与信号光强，较强的本振光能够显著提升探测器端光信号的强度。因此基于相干探测的微结构散射增强光纤传感系统在传感光纤和接收端都能够实现光信噪比的增强，使探测足以达到地应变领域所需达到的水平。
本发明的一个实施例提出了光纤地应力测量系统的工作原理，具体包括：系统的底座1通过膨胀螺丝安装固定于基岩之上，传力柱2通过一定机械结构与底座1进行受力耦合，亦可以与底座1一体成型。滑轮结构3安装于传力柱2上，传感光纤4以一定的预应力来回缠绕于滑轮结构3之间。当基岩之间由于地应力产生相对位移时，传力柱2随之位移，进而将地应力信息传递到传感光纤4上，从而引起了传感光纤4的传输光与瑞利背向散射光的特性发生变化。再通过光纤相位解调系统8计算传感光纤4与参考光纤7的瑞利背向散射光的相位变化差，即可解调出该基岩位置处的地应力信息。在本发明中，采用了高散射率微结构点光纤作为敏感单元，结合一定的增敏安装方式与温度补偿算法，通过光纤相位解调系统，可实现短基线的高精度地应力探测，降低了安装与施工成本，提高了空间分辨率，可以解决伸缩仪施工的复杂程度与成本极高、易受电磁干扰的问题。基于光纤相位解调系统，可将该系统中地应力传递单元多个串联，利用一根光纤即可实现多分量的分布式地应力探测，可以解决现有光纤地应力测量系统组网复用困难，难以实现分布式探测等问题。
请参阅图2和图3，图2和图3为本发明提供的光纤地应力测量系统的实验室测试结果示意图。
如图2和图3所示，实验室所施加的纳米级动态应变信号可以准确得到恢复，并且光纤地应力测量系统灵敏度线性度良好，该相位变化的灵敏度约为0.05rad/nε。
请参阅图4，图4为本发明提供的光纤地应力测量系统在山洞环境下得到的噪底示意图。
如图4所示，该光纤地应力测量系统在山洞环境下得到的噪底在低频段信号基本都维持在10-2rad底噪以下，根据所测得灵敏度进行理论推算，该光纤地应力测量系统可测得的最小应变值应该在10-9ε水平，满足地壳形变最小应变测量需求。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种光纤地应力测量系统，其特征在于，所述测量系统包括传感光纤(4)、参考光纤(7)、地应力传递单元和信号处理单元；
所述地应力传递单元固定于基岩上；所述传感光纤(4)缠绕于相邻地应力传递单元之间并保持张紧状态以使所述传感光纤(4)各段受力一致；所述地应力传递单元包括底座(1)、传力柱(2)和多个滑轮结构(3)；所述底座(1)固定于基岩上，所述传力柱(2)安装于所述底座(1)并始终垂直于基岩表面，所述滑轮结构(3)采用无相对摩擦的方式安装于所述传力柱(2)上；所述底座(1)用于将所述测量系统固定于基岩上并传递地应力信号，所述传力柱用于接收所述底座(1)传递的地应力信号，并将该地应力信号传递至所述传感光纤(4)，所述滑轮结构(3)用于张紧所述传感光纤(4)并使其各段受力一致，从而使所述传感光纤(4)的各段同时受到地应力的作用所述参考光纤(7)以不受地应力的方式连接于所述传感光纤(4)的引出端，用于获取外界环境信息以作为后续补偿；
当基岩之间由于地应力产生相对位移时，所述地应力传递单元随之位移，进而将地应力信号传递至所述传感光纤(4)，从而引起所述传感光纤(4)的应力变化，以使所述传感光纤(4)中传输光与瑞利背向散射光的特性发生变化；所述信号处理单元用于计算所述传感光纤(4)与所述参考光纤(7)的瑞利背向散射光的相位变化差，即可得到该基岩位置处的地应力信息。
2.根据权利要求1所述的一种光纤地应力测量系统，其特征在于，所述传感光纤和所述参考光纤均为微结构散射增强光纤，在所述微结构散射增强光纤中引入多个离散分布的微结构散射点，并将该微结构散射增强光纤划分为若干个独立区块；当微结构散射增强光纤上任意一点环境参量发生变化时，可以找到将发生事件包含在内的两个相邻的微结构散射点，通过计算两个微结构散射点的光相位差即可获得光纤区块上的事件。
3.根据权利要求1所述的一种光纤地应力测量系统，其特征在于，所述信号处理单元包括光纤相位解调系统(8)，所述光纤相位解调系统(8)基于窄线宽激光器将光源注入所述传感光纤(4)与所述参考光纤(7)，通过接收光源产生的瑞利背向散射光并对其进行相位解调以获得光路的相位信息。
4.根据权利要求1所述的一种光纤地应力测量系统，其特征在于，将多个所述地应力传递单元通过所述传感光纤(4)进行串联，以实现分布式地应力测量。
5.根据权利要求1所述的一种光纤地应力测量系统，其特征在于，所述滑轮结构(3)的侧端设有V型槽结构，所述V型槽的槽径与所述传感光纤(4)的外径一致，以使所述V型槽结构与所述传感光纤(4)之间的受力耦合，防止所述传感光纤(4)与所述滑轮结构(3)之间产生相对的滑动。
6.根据权利要求5所述的一种光纤地应力测量系统，其特征在于，在所述底座(1)上还设有位移调整平台(6)，所述传感光纤(4)的两端固定于所述位移调整平台(6)，所述位移调整平台(6)可在所述底座上(1)沿所述传感光纤(4)轴向平移以调整所述传感光纤(4)所受到的预应力大小。
7.根据权利要求6所述的一种光纤地应力测量系统，其特征在于，还包括光纤夹具(5)，所述光纤夹具(5)固定安装于所述位移调整平台(6)上，其用于夹紧所述传感光纤(4)的两端以保证所述传感光纤(4)经所述位移调整平台(6)调整后的预应力不变。
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