CN116124025A - 基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统及方法 - Google Patents
基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116124025A CN116124025A CN202310197124.2A CN202310197124A CN116124025A CN 116124025 A CN116124025 A CN 116124025A CN 202310197124 A CN202310197124 A CN 202310197124A CN 116124025 A CN116124025 A CN 116124025A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- deformation
- monitoring
- dimensional
- measurement
- optical fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统及方法，涉及形变测量技术领域，其可至少部分解决现有技术中难以长期实时的监测地面或海底或立体建筑或立体柱状物形变的问题，本发明实施例的基于分布式形变传感光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统，包括具有分布式光纤形变传感端口的复合调制解调仪器，以及若干均匀覆盖固定于测量或监测目标的形变测量或监测铠装光缆，形变测量或监测铠装光缆包括用于实时向复合调制解调仪器传递形变传感信号的分布式形变传感光纤或阵列形变传感光栅光纤，复合调制解调仪器的分布式光纤形变传感端口与形变测量或监测铠装光缆的分布式形变传感光纤或阵列形变传感光栅光纤相连接。
Description
技术领域
本发明属于形变测量技术领域，具体涉及基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统及方法。
背景技术
光纤传感技术始于1977年，伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，光纤传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。光纤传感技术已广泛用于军事、国防、航天航空、工矿企业、能源环保、工业控制、医药卫生、计量测试、建筑、家用电器等领域。目前光纤传感技术已有上百种，诸如温度、压力、流量、位移、振动、转动、弯曲、液位、速度、加速度、声场、电流、电压、磁场及辐射等物理量都实现了不同性能的传感。
地面形变或海底形变的地质现象叫地面沉降，是地层形变的一种形式。地面沉降有自然的地面沉降和人为的地面沉降。地面形变是由于内、外地质动力作用或人类活动而使地面形态发生变形的破坏现象和过程。若地面形变造成经济损失或人员伤亡，则成为地面形变地质灾害。如构造运动引起的山地抬升或盆地下沉，抽取地下水，开采地下矿产等人类活动造成的地裂缝、地面沉降和塌陷。随着人类活动的加强，人为因素已经成为引发地面形变、地质灾害的重要原因。
地壳形变量是指在地球内力和外力作用下，地球的地壳表面产生的升降、倾斜、错动等现象及其相应的变化量。对一个地区的地壳表面的相对变化进行重复或连续的观测称为地壳形变测量，包括全球板块运动监测、全国及区域地壳形变测量、断层形变测量、定点形变测量。
地面形变测量主要包括地面沉降、地震形变监测等。目前，传统地面形变测量采用的主要方法有水准测量、GPS和合成孔径雷达干涉测量(InSAR)等。地壳形变观测可以通过仪器测量观察，用激光测量地表标志之间的距离变化；用水准仪测量地面固定点之间的高差变化等。通过这些数据，为地震预测提供依据。直接观测地壳形变,不论在研究地球动力学、地壳构造运动和地壳稳定性评价，以及研究地壳形变在地震形成过程中所起的作用，都具有重要意义。
随着光学技术的发展，出现了对地面或结构表面形变进行光学测量的光测法。光测法是应用光学原理，以实验手段研究结构物中的应力、应变、位移和形变等力学量的测量方法。光测法包括光弹性、全息干涉、激光散斑干涉、云纹法等。光纤形变测量法以光纤作为传感介质，利用光学原理和技术，通过对光的强度、位相、偏振态、波长等光学参数因外界因素(如拉伸、压缩、形变等)的作用而发生的变化进行检测度量，以实现对被测物体形变量的测量。
此外还出现了光纤布喇格光栅(FBG)传感器等为代表的准分布式光纤传感器，然而光纤布喇格光栅传感器的测点会受到激光带宽的限制。分布式光纤传感技术日渐成熟，基于背向瑞利散射的分布式光纤传感器在形变测量方面具备好的精度、线性度及重复性，已经具备了在诸多领域取代传统形变测量技术和光纤布喇格光栅传感器的潜力。分布式光纤传感器具备测点密度极高，间距可控，质量小，耐腐蚀，电绝缘，精度高，重复性好的特点。此外，基于其质地较柔软坚韧的特性，它对结构表面的形状有较好的适应性。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统及方法，通过把分布式形变传感光纤或高密度阵列形变传感光栅光纤组成的形变测量或监测铠装光缆呈网状埋置在地面以下或海底以下，或固定在需要进行形变监测的建筑、大型基础工程结构外表面、或直接缠绕在管线等柱状物体外表面；使得分布式形变传感光纤或高密度阵列形变传感光栅光纤组成的形变测量或监测铠装光缆与复合调制解调仪器相连后，组成一个基于分布式光纤或高密度阵列光栅传感的形变监测系统，以克服现有地面或海底或建筑结构或管线等柱状物体高密度高分辨率形变测量技术的不足，长期实时监测和测量地面、海底、建筑大型基础工程结构外表面、管线等柱状物体外表面的形变可能造成的损害或破坏，为保证地面、海底、建筑大型基础工程结构、管线等设施长期稳定安全可靠的工作提供不可缺少的手段、系统和方法。
为实现上述目的，本发明的具体技术方案为：
本发明提出一种基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统，包括具有分布式光纤形变(DSS)传感端口的复合调制解调仪器，以及若干均匀覆盖固定于测量或监测目标上的形变测量或监测铠装光缆，形变测量或监测铠装光缆包括用于实时向复合调制解调仪器传递形变(DSS)传感信号的分布式形变传感光纤或阵列形变传感光栅光纤，复合调制解调仪器的分布式光纤形变(DSS)传感端口与形变测量或监测铠装光缆的分布式形变传感光纤或阵列形变传感光栅光纤相连接。
在一些可选的实施例中，所述复合调制解调仪器具有分布式光纤温度(DTS)传感端口，所述形变测量或监测铠装光缆包括两根用于测量其沿线温度变化的多模光纤，两根多模光纤的尾端熔接成U字型结构，复合调制解调仪器的两个分布式光纤温度(DTS)传感端口与形变测量或监测铠装光缆的两根多模光纤相连接。
在一些可选的实施例中，所述形变测量或监测铠装光缆的分布式形变传感光纤包括弯曲不敏感形变传感光纤，弯曲不敏感形变传感光纤为单模光纤或特种形变敏感光纤。
在一些可选的实施例中，所述形变测量或监测铠装光缆还包括用于包裹所述弯曲不敏感形变传感光纤的护套，以及用于包裹住护套和多模光纤的连续不锈钢细管。
在一些可选的实施例中，所述形变测量或监测铠装光缆的阵列形变传感光栅光纤包括包层、纤芯，刻写在纤芯上的高密度阵列光栅，以及多芯光栅；其中，高密度阵列光栅的刻写密度在1米到10米之间。
在一些可选的实施例中，所述测量或监测目标为位于地表或海底的二维或三维测量或监测目标区域，若干形变测量或监测铠装光缆组成适应于监测目标的二维或三维形变测量或监测网，二维或三维形变测量或监测网通过挖沟埋置于地表或海底的二维或三维测量或监测目标区域，所述二维或三维形变测量或监测网的形状包括矩形网格状或同心圆状中的任意一种。
在一些可选的实施例中，所述测量或监测目标为形变量大小有方向差异的立体建筑，若干形变测量或监测铠装光缆组成立体建筑形变测量或监测网，立体建筑形变测量或监测网的形变测量或监测铠装光缆均沿立体建筑形变量较大的方向平行固定于立体建筑的外表面。
在一些可选的实施例中，所述测量或监测目标为圆柱形的立体柱状物，形变测量或监测铠装光缆呈螺旋形的紧密缠绕固定于立体柱状物外表面形成螺旋形形变测量或监测网。
本发明的另一方面提供一种基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测方法，适用于以上任一所述的基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统，具体包括以下步骤：
S1：将形变测量或监测铠装光缆的分布式光纤或阵列形变传感光栅光纤的首端连接到复合调制解调仪器的形变传感(DSS)光纤信号输入端，将形变测量或监测铠装光缆的两根多模光纤的首端连接到复合调制解调仪器的温度传感(DTS)双端光纤信号输入端；
S2：启动复合调制解调仪器，对地下或海底或大型基础结构外表面上或管线外表面上布设的形变测量或监测铠装光缆连续测量或监测的形变信号进行实时形变调制解调，同时对两根多模光纤也进行沿线实时温度变化信号的调制解调；
S3：将每根形变测量或监测铠装光缆的坐标加载到三维地形图或三维立体图上，其中：
埋置于地面或海底的形变测量或监测铠装光缆坐标需要加载到二维或三维形变测量或监测网覆盖区域的三维地形图上；
固定于立体建筑外表面的形变测量或监测铠装光缆坐标需要加载到立体建筑结构面的三维立体图上；
螺旋形缠绕固定于立体柱状物外表面的形变测量或监测铠装光缆坐标需要加载到立体柱状物外表面的三维柱状图上；
S4：将复合调制解调仪器实时调制解调的沿每条形变测量或监测铠装光缆的形变数据根据形变测量或监测铠装光缆沿线的温度变化进行温度漂移的校正，并在三维地形图或三维立体图或三维柱状体图上实时输入和显示形变测量或监测铠装光缆经过温度漂移的改正的形变数据；
S5：对形变测量或监测铠装光缆上经过温度漂移改正的实时形变数据进行三维曲面插值处理，并用不同的色标在三维地形图或三维立体图或三维柱状体图上实时显示经过三维曲面插值处理的形变数据；
S6：对地面三维形变和海底三维形变的实时测量或监测数据进行综合分析，用于对地下或海底油气田储层内的流体变化和储气储油库内油气资源的注入和采出状况进行实时长期形变测量或监测，以及根据地下或海底以下地应力场的变化引起的地面或海底实时长期形变测量或监测数据进行天然地震或塌方或塌陷或滑坡的测量或监测，及时提出预警或报警；
S7：对立体建筑外表面三维形变进行实时长期测量或监测，以实时测量或监测由于立体建筑结构下面的地质灾害对立体建筑结构造成破坏的潜在风险，及时提出预警或报警；
S8：对圆柱形的立体柱状物体外表面三维形变进行实时长期测量或监测，以实时测量或监测由于立体柱状物体下面的地质灾害对立体柱状物体结构造成破坏的潜在风险，及时提出预警或报警。
在一些可选的实施例中，在步骤S1之前，还包括：
步骤S0：将若干形变测量或监测铠装光缆覆盖固定到监测目标上；
对地面的形变进行测量或监测时，依据地面的形变测量或监测网的设计，沿地面二维或三维测线开挖浅沟，将形变测量或监测铠装光缆覆盖铺设到沟底，然后用水泥将其固定在地表以下；
对海底的形变进行测量或监测时，依据海底的形变测量或监测网的设计，沿海底二维或三维测线开挖浅沟，将形变测量或监测铠装光缆布设并埋置到沟底；
对立体建筑的形变进行测量或监测时，需要用光缆固定卡钉或固定压条或固定水泥将形变测量或监测铠装光缆紧密牢固的固定在需要进行形变监测的立体建筑外表面上；
对圆柱形的立体柱状物的形变进行测量或监测时，需要将形变测量或监测铠装光缆呈螺旋形的紧密缠绕固定于立体柱状物外表面。
本发明的有益效果：
本发明提出了把分布式光纤或高密度阵列光栅组成的形变测量或监测铠装光缆呈网状埋置在地面以下或海底以下，或固定在需要进行形变监测的立体建筑结构外表面、或缠绕在管线等立体柱状物体外表面，并与复合调制解调仪器的形变传感(DSS)光纤信号输入端和温度传感(DTS)双端光纤信号输入端相连接，组成一个基于分布式光纤或高密度阵列光栅传感的形变监测系统，从而有效应用于地面、海底形变、建筑与大型基础工程的结构健康状态监测和立体柱状物结构安全的监测，为低成本、高密度、高精度、高可靠性的地面或海底或立体建筑或立体柱状物的形变分布变化提供动态监测方法和技术。
附图说明
图1为本发明实施例中包含分布式光纤的形变测量或监测铠装光缆的结构示意图；
图2为本发明另一实施例中形变测量或监测铠装光缆中的高密度阵列形变传感光栅光纤的结构示意图；
图3为本发明实施例中形变测量或监测铠装光缆呈网格状覆盖于地表或海底的布设示意图；
图4为本发明实施例中形变测量或监测铠装光缆呈同心圆状覆盖于地表或海底的布设示意图；
图5为本发明实施例中形变测量或监测铠装光缆覆盖固定于立体建筑外表面的布设示意图；
图6为本发明实施例中形变测量或监测铠装光缆螺旋形缠绕固定于立体柱状物外表面的布设示意图。
附图标记：
1-二维或三维形变测量或监测网，2-立体建筑形变测量或监测网，3-螺旋形形变测量或监测网，4-复合调制解调仪器，5-形变测量或监测铠装光缆，20-包层，21-纤芯，22-高密度阵列光栅，23-多芯光栅，51-弯曲不敏感形变传感光纤，52-护套，53-多模光纤，54-不锈钢细管，55-U字型结构。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过参考附图并结合实施例来详细说明本发明：
如图1至图6所示，本实施例提供一种基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统，包括具有分布式光纤形变(DSS：Distributed Shape Sensing)传感端口的复合调制解调仪器4，以及若干均匀覆盖固定于测量或监测目标上的形变测量或监测铠装光缆5，形变测量或监测铠装光缆5包括用于实时向复合调制解调仪器4传递形变(DSS)传感信号的分布式形变传感光纤或阵列形变传感光栅光纤，复合调制解调仪器4的分布式光纤形变(DSS)传感端口与形变测量或监测铠装光缆5的分布式形变传感光纤或阵列形变传感光栅光纤相连接。本实施例中的复合调制解调仪器4具有分布式温度传感调制解调功能以及分布式光纤形变调制解调或高密度阵列光栅22形变调制解调功能。本实施例中，形变测量或监测铠装光缆5为具有形变测量功能或形变监测功能的铠装光缆。
在一些可选的实施例中，所述复合调制解调仪器4具有分布式光纤温度(DTS)传感端口，所述形变测量或监测铠装光缆5包括两根用于测量其沿线温度变化的多模光纤53，两根多模光纤53的尾端熔接成U字型结构55，复合调制解调仪器4的两个分布式光纤温度(DTS)传感端口与形变测量或监测铠装光缆5的两根多模光纤53相连接。
在一些可选的实施例中，如图1所示，所述形变测量或监测铠装光缆5的分布式光纤包括弯曲不敏感形变传感光纤51，弯曲不敏感形变传感光纤51为单模光纤或特种形变敏感光纤。
在一些可选的实施例中，所述形变测量或监测铠装光缆5还包括用于包裹所述弯曲不敏感形变传感光纤51的护套52，以及用于包裹住护套52和多模光纤53的连续不锈钢细管54。
在一些可选的实施例中，如图2所示，所述形变测量或监测铠装光缆5的阵列形变传感光栅光纤包括包层20、纤芯21，刻写在纤芯21上的高密度阵列光栅22，以及多芯光栅23；其中，高密度阵列光栅22的刻写密度在1米到10米之间。对于大范围地下或海底形变目标体的测量或监测，阵列光栅的刻写密度可以在5米到10米之间。对于小范围地下或海底形变目标体的测量或监测，阵列光栅的刻写密度可以在1米到3米之间。用高密度刻写的阵列光栅加工成的测量或监测铠装光缆，其形变测量或监测精度和灵敏度都更高。
在一些可选的实施例中，如图3和图4所示，所述测量或监测目标为位于地表或海底的二维或三维测量或监测目标区域，若干形变测量或监测铠装光缆5组成适应于监测目标的二维或三维形变测量或监测网1，二维或三维形变测量或监测网1通过挖沟埋置于地表或海底的二维或三维测量或监测目标区域，所述二维或三维形变测量或监测网1的形状包括矩形网格状或同心圆状中的任意一种。将二维或三维形变测量或监测网1埋置到地表的浅沟后，再利用水泥进行固定。本实施例中，对于位于地表或海底的二维或三维测量或监测目标区域，二维或三维的形变测量或监测网1的形状布设成矩形网格状或同心圆状的效果差别不大，主要考虑因素主要是安装布设的便捷性。
在一些可选的实施例中，如图5所示，所述测量或监测目标为形变量大小有方向差异的立体建筑，若干形变测量或监测铠装光缆5组成立体建筑形变测量或监测网2，立体建筑形变测量或监测网2的形变测量或监测铠装光缆5均沿立体建筑形变量较大的方向平行固定于立体建筑的外表面。本实施例中的立体建筑可以为大型基础工程结构。
在一些可选的实施例中，如图6所示，所述测量或监测目标为圆柱形的立体柱状物，形变测量或监测铠装光缆5呈螺旋形的紧密缠绕固定于立体柱状物外表面形成螺旋形形变测量或监测网3。本实施例中的立体柱状物可以是管线等圆柱形柱状物。
本发明的另一方面提供一种基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测方法，适用于以上任一所述的基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统，具体包括以下步骤：
S1：将形变测量或监测铠装光缆5的分布式形变传感光纤或阵列形变传感光栅光纤的首端连接到复合调制解调仪器4的形变传感(DSS)光纤信号输入端，将形变测量或监测铠装光缆5的两根多模光纤53的首端连接到复合调制解调仪器4的温度传感(DTS)双端光纤信号输入端；
S2：启动复合调制解调仪器4，对地下或海底或大型基础结构外表面上或管线外表面上布设的形变测量或监测铠装光缆5连续测量或监测的形变信号进行实时形变调制解调，同时对两根多模光纤53也进行沿线实时温度变化信号的调制解调；
S3：将每根形变测量或监测铠装光缆5的坐标加载到三维地形图或三维立体图上，其中：
埋置于地面或海底的形变测量或监测铠装光缆5坐标需要加载到二维或三维形变测量或监测网1覆盖区域的三维地形图上；
固定于立体建筑外表面的形变测量或监测铠装光缆5坐标需要加载到立体建筑结构面的三维立体图上；
螺旋形缠绕固定于立体柱状物外表面的形变测量或监测铠装光缆5坐标需要加载到立体柱状物外表面的三维柱状图上；
S4：将复合调制解调仪器4实时调制解调的沿每条形变测量或监测铠装光缆5的形变数据根据形变测量或监测铠装光缆5沿线的温度变化进行监测光缆温度漂移的校正，并在三维地形图或三维立体图或三维柱状体图上实时输入和显示沿形变测量或监测铠装光缆5经过温度漂移的改正的形变数据；
S5：对形变测量或监测铠装光缆5上经过温度漂移改正的实时形变数据进行三维曲面插值处理，并用不同的色标在三维地形图或三维立体图或三维柱状体图上实时显示经过三维曲面插值处理的形变数据；本领域中的三维曲面插值处理的数学方法有很多种，此处不再进行赘述。
S6：对地面三维形变和海底三维形变的实时测量或监测数据进行综合分析，用于对地下或海底油气田储层内的流体变化和储气储油库内油气资源的注入和采出状况进行实时长期形变测量或监测，以及根据地下或海底以下地应力场的变化引起的地面或海底实时长期形变测量或监测数据进行天然地震或塌方或塌陷或滑坡的测量或监测，及时提出预警或报警；
S7：对立体建筑外表面三维形变进行实时长期测量或监测，以实时测量或监测由于立体建筑结构下面的地面形变或山体滑坡或泥石流或洪水或大暴雨等地质灾害对立体建筑结构造成破坏的潜在风险，及时提出预警或报警；
S8：对圆柱形的立体柱状物体外表面三维形变进行实时长期测量或监测，以实时测量或监测由于立体柱状物体下面的地面形变或山体滑坡或泥石流或洪水或大暴雨等地质灾害对立体柱状物体结构造成破坏的潜在风险，及时提出预警或报警。
S9：基于布里渊光时域反射(BOTDR：Brillouin Optical Time DomainReflector)的分布式光纤形变检测技术，具有单端输入、测量距离长、可测断点、全分布式检测等优点，可有效应用于地面、海底形变、建筑与大型基础工程的结构健康状态监测和管线等立体柱状物体结构安全的监测。
S10：基于BOTDR的形变检测仪结合相干检测法与微波外差扫频方法实现布里渊散射信号检测，利用FPGA高速运算的优势，实现布里渊散射信号降噪与布里渊增益谱的解调，以提高形变检测或监测实时性。
在一些可选的实施例中，在步骤S1之前，还包括：
步骤S0：将若干形变测量或监测铠装光缆5覆盖固定到监测目标上；
对地面的形变进行测量或监测时，依据地面的形变测量或监测网设计，沿地面二维或三维测线开挖浅沟，将形变测量或监测铠装光缆5覆盖铺设到沟底，然后用水泥将其固定在地表以下；
对海底的形变进行测量或监测时，依据海底的形变测量或监测网设计，沿海底二维或三维测线开挖浅沟，将形变测量或监测铠装光缆5布设并埋置到沟底；
对立体建筑的形变进行测量或监测时，需要用光缆固定卡钉或固定压条或固定水泥将形变测量或监测铠装光缆5紧密牢固的固定在需要进行形变测量或监测的立体建筑外表面上；
对圆柱形的立体柱状物的形变进行测量或监测时，需要将形变测量或监测铠装光缆5呈螺旋形的紧密缠绕固定于立体柱状物外表面。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变形和改进，这些变形和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统，其特征在于，包括具有分布式光纤形变传感端口的复合调制解调仪器(4)，以及若干均匀覆盖固定于测量或监测目标上的形变测量或监测铠装光缆(5)，形变测量或监测铠装光缆(5)包括用于实时向复合调制解调仪器(4)传递形变传感信号的分布式形变传感光纤或阵列形变传感光栅光纤，复合调制解调仪器(4)的分布式光纤形变传感端口与形变测量或监测铠装光缆(5)的分布式形变传感光纤或阵列形变传感光栅光纤相连接。
2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统，其特征在于，所述复合调制解调仪器(4)具有分布式光纤温度传感端口，所述形变测量或监测铠装光缆(5)包括两根用于测量其沿线温度变化的多模光纤(53)，两根多模光纤(53)的尾端熔接成U字型结构(55)，复合调制解调仪器(4)的两个分布式光纤温度传感端口与形变测量或监测铠装光缆(5)的两根多模光纤(53)相连接。
3.根据权利要求2所述的基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统，其特征在于，所述形变测量或监测铠装光缆(5)的分布式形变传感光纤包括弯曲不敏感形变传感光纤(51)，弯曲不敏感形变传感光纤(51)为单模光纤或特种形变敏感光纤。
4.根据权利要求3所述的基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统，其特征在于，所述形变测量或监测铠装光缆(5)还包括用于包裹所述弯曲不敏感形变传感光纤(51)的护套(52)，以及用于包裹住护套(52)和多模光纤(53)住的连续不锈钢细管(54)。
5.根据权利要求2所述的基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统，其特征在于，所述形变测量或监测铠装光缆(5)的阵列形变传感光栅光纤包括包层(20)、纤芯(21)，刻写在纤芯(21)上的高密度阵列光栅(22)，以及多芯光栅(23)；其中，高密度阵列光栅(22)的刻写密度在1米到10米之间。
6.根据权利要求1所述的基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统，其特征在于，所述测量或监测目标为位于地表或海底的二维或三维测量或监测目标区域，若干形变测量或监测铠装光缆(5)组成适应于测量或监测目标的二维或三维形变测量或监测网(1)，二维或三维形变测量或监测网(1)通过挖沟埋置于地表或海底的二维或三维测量或监测目标区域，所述二维或三维形变测量或监测网(1)的形状包括矩形网格状或同心圆状中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统，其特征在于，所述测量或监测目标为形变量大小有方向差异的立体建筑，若干形变测量或监测铠装光缆(5)组成立体建筑形变测量或监测网(2)，立体建筑形变测量或监测网(2)的形变测量或监测铠装光缆(5)均沿立体建筑形变量较大的方向平行固定于立体建筑的外表面。
8.根据权利要求1所述的基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统，其特征在于，所述测量或监测目标为圆柱形的立体柱状物，形变测量或监测铠装光缆(5)呈螺旋形的紧密缠绕固定于立体柱状物外表面形成螺旋形形变测量或监测网(3)。
9.基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测方法，适用于权利要求1-8任一所述的基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：将形变测量或监测铠装光缆(5)的分布式形变传感光纤或阵列形变传感光栅光纤的首端连接到复合调制解调仪器(4)的形变传感光纤信号输入端，将形变测量或监测铠装光缆(5)的两根多模光纤(53)的首端连接到复合调制解调仪器(4)的温度传感双端光纤信号输入端；
S2：启动复合调制解调仪器(4)，对地下或海底或大型基础结构外表面上或管线外表面上布设的形变测量或监测铠装光缆(5)连续测量或监测的形变信号进行实时形变调制解调，同时对两根多模光纤(53)也进行沿线实时温度变化信号的调制解调；
S3：将每根形变测量或监测铠装光缆(5)的坐标加载到三维地形图或三维立体图上，其中：
埋置于地面或海底的形变测量或监测铠装光缆(5)坐标需要加载到二维或三维形变测量或监测网(1)覆盖区域的三维地形图上；
固定于立体建筑外表面的形变测量或监测铠装光缆(5)坐标需要加载到立体建筑结构面的三维立体图上；
螺旋形缠绕固定于立体柱状物外表面的形变测量或监测铠装光缆(5)坐标需要加载到立体柱状物外表面的三维柱状图上；
S4：将复合调制解调仪器(4)实时调制解调的沿每条形变测量或监测铠装光缆(5)的形变数据根据形变测量或监测铠装光缆(5)沿线的温度变化进行温度漂移的校正，并在三维地形图或三维立体图或三维柱状体图上实时输入和显示形变测量或监测铠装光缆(5)经过温度漂移的改正的形变数据；
S5：对形变测量或监测铠装光缆(5)上经过温度漂移改正的实时形变数据进行三维曲面插值处理，并用不同的色标在三维地形图或三维立体图或三维柱状体图上实时显示经过三维曲面插值处理的形变数据；
S6：对地面三维形变和海底三维形变的实时测量或监测数据进行综合分析，用于对地下或海底油气田储层内的流体变化和储气储油库内油气资源的注入和采出状况进行实时长期形变测量或监测，以及根据地下或海底以下地应力场的变化引起的地面或海底实时长期形变测量或监测数据进行天然地震或塌方或塌陷或滑坡的测量或监测，及时提出预警或报警；
S7：对立体建筑外表面三维形变进行实时长期测量或监测，以实时测量或监测由于立体建筑结构下面的地质灾害对立体建筑结构造成破坏的潜在风险，及时提出预警或报警；
S8：对圆柱形的立体柱状物体外表面三维形变进行实时长期测量或监测，以实时测量或监测由于立体柱状物体下面的地质灾害对立体柱状物体结构造成破坏的潜在风险，及时提出预警或报警。
10.根据权利要求9所述的基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测方法，其特征在于，在步骤S1之前，还包括：
步骤S0：将若干形变测量或监测铠装光缆(5)覆盖固定到测量或监测目标上；
对地面的形变进行测量或监测时，依据地面的形变测量或监测网的设计，沿地面二维或三维测线开挖浅沟，将形变测量或监测铠装光缆(5)覆盖铺设到沟底，然后用水泥将其固定在地表以下；
对海底的形变进行测量或监测时，依据海底的形变测量或监测网的设计，沿海底二维或三维测线开挖浅沟，将形变测量或监测铠装光缆(5)布设并埋置到沟底；
对立体建筑的形变进行测量或监测时，需要用光缆固定卡钉或固定压条或固定水泥将形变测量或监测铠装光缆(5)紧密牢固的固定在需要进行形变测量或监测的立体建筑外表面上；
对圆柱形的立体柱状物的形变进行测量或监测时，需要将形变测量或监测铠装光缆(5)呈螺旋形的紧密缠绕固定于立体柱状物外表面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310197124.2A CN116124025A (zh) | 2023-03-03 | 2023-03-03 | 基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310197124.2A CN116124025A (zh) | 2023-03-03 | 2023-03-03 | 基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116124025A true CN116124025A (zh) | 2023-05-16 |
Family
ID=86297537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310197124.2A Pending CN116124025A (zh) | 2023-03-03 | 2023-03-03 | 基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116124025A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2962882A1 (es) * | 2024-01-19 | 2024-03-21 | Centro De Investig Energeticas Medioambientales Y Tecnologicas Ciemat | Dispositivo para medición de la deformación de superficies |
-
2023
- 2023-03-03 CN CN202310197124.2A patent/CN116124025A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2962882A1 (es) * | 2024-01-19 | 2024-03-21 | Centro De Investig Energeticas Medioambientales Y Tecnologicas Ciemat | Dispositivo para medición de la deformación de superficies |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Schenato | A review of distributed fibre optic sensors for geo-hydrological applications | |
| Zhu et al. | FBG-based monitoring of geohazards: current status and trends | |
| Rajeev et al. | Distributed optical fibre sensors and their applications in pipeline monitoring | |
| Zeni et al. | Brillouin optical time-domain analysis for geotechnical monitoring | |
| Wu et al. | Optical fiber-based sensing, measuring, and implementation methods for slope deformation monitoring: A review | |
| Zheng et al. | Experimental research on a novel optic fiber sensor based on OTDR for landslide monitoring | |
| Zheng et al. | A new deflection solution and application of a fiber Bragg grating-based inclinometer for monitoring internal displacements in slopes | |
| Zhu et al. | Combined Application of Optical Fibers and CRLD Bolts to Monitor Deformation of a Pit‐in‐Pit Foundation | |
| CN103700221A (zh) | 一种油气管道山洪灾害监测方法 | |
| Jiang et al. | Lateral positioning of vibration source for underground pipeline monitoring based on ultra-weak fiber Bragg grating sensing array | |
| Allil et al. | FBG-based inclinometer for landslide monitoring in tailings dams | |
| Ma et al. | A review of previous studies on the applications of fiber optic sensing technologies in geotechnical monitoring | |
| Linker et al. | Detection of sinkhole formation by strain profile measurements using BOTDR: Simulation study | |
| Minardo et al. | Fiber optic based inclinometer for remote monitoring of landslides: on site comparison with traditional inclinometers | |
| Zheng et al. | Experimental study on a parallel-series connected fiber-optic displacement sensor for landslide monitoring | |
| Ravet et al. | Mitigation of geohazard risk along transportation infrastructures with optical fiber distributed sensing | |
| CN116124025A (zh) | 基于分布式光纤或阵列光栅光纤的形变监测系统及方法 | |
| Acharya et al. | Application of novel distributed fibre-optic sensing for slope deformation monitoring: a comprehensive review | |
| Ravet et al. | Pipeline geohazard risk monitoring with optical fiber distributed sensors: Experience with andean and arctic routes | |
| Gao et al. | Performance evaluation of distributed strain sensing nerves for monitoring ground collapse: A laboratory study | |
| Ravet et al. | A decade of pipeline geotechnical monitoring using distributed fiber optic monitoring technology | |
| Peng et al. | Application of FBG sensing technology to internal deformation monitoring of landslide | |
| Zheng et al. | Investigation of a quasi-distributed displacement sensor using the macro-bending loss of an optical fiber | |
| Inaudi et al. | Geostructural monitoring with long-gage interferometric sensors | |
| Moya et al. | Integration of monitoring and inspection systems for geohazard assessment on pipelines that cross Amazonian Jungles and the Andes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |