[發明專利]光纖測斜傳感器及尾礦庫光纖測斜系統

有效

• 申請號: 200910230812.4
• 申請日: 2009-11-25
• 公開（公告）號: CN101701800A
• 公開（公告）日: 2010-05-05
• 發明（設計）人: 倪家升;王昌;劉統玉;宋志強;趙燕杰;王黔
• 申請（專利權）人: 山東省科學院激光研究所
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 曲志波

技術領域

本發明為針對尾礦庫壩體形變監測而設計的光纖測斜傳感器。該傳感器采用光纖傳感技術，結合簡單巧妙的機械設計，實現了無需供電環境下尾礦庫大壩壩體內部形變的長期遠程在線監測。

背景技術

尾礦庫是指筑壩攔截谷口或圍地構成的、用以堆存金屬非金屬礦山礦石選別后排出的尾礦的場所。它是維持礦山正常生產的必要設施，也是金屬非金屬礦山的重大危險源。作為具有高勢能的人造泥石流危險源，尾礦庫一旦發生潰壩事故，將會給下游人民的生命財產安全造成巨大損失，給周邊環境造成嚴重污染。自2005年以來，全國發生尾礦庫潰壩等重特大事故1起、死亡41人，重傷1人，輕傷28人。其中，2006年4月30日陜西鎮安尾礦庫潰壩，造成17人死亡、5人受傷。2008年9月8日，山西襄汾發生特大尾礦庫潰壩事故，造成260多人死亡。因此加強尾礦庫的安全監管，把握尾礦庫的安全現狀，減少尾礦庫的事故發生對維護人民生命財產，提高礦山企業經濟效益具有重要意義。

要做好尾礦庫監管，首先必須對尾礦庫運行的主要技術參數如壩體形變、干灘長度、庫水位、浸潤線埋深等進行監測。目前針對庫水位、浸潤線、干灘長度等參數的檢測都已經有成熟技術和產品了，可以通過電子產品輕松實現，但是壩體形變檢測技術還不成熟。

目前用于監測壩體形變的傳感器，一種是GPS技術的無線檢測系統；另一種是激光全站儀；最近剛出現的光纖位移傳感器也被用來檢測壩體位移。但是這些技術并不能很好地解決壩體形變長期監測需求，特別是壩體內部形變。

1、GPS系統是基于衛星定位的無線定位傳感器，這種傳感器分布在大壩上，通過衛星進行定位監測。但是這種傳感器存在嚴重缺陷是無法長期監測內部形變，往往只用它來做壩體表面位移，而大壩內部的形變才真正反映壩體的安全性能。并且GPS位移檢測系統極易遭雷擊，對于尾礦庫監測而言需要經常維護和更換，成本相當高。此外，GPS在壩體形變監測中，檢測精度低，長期監測誤差較大。

2、激光全站儀檢測精度高，誤差小，近幾年普遍被應用于工程測量等方向。激光全站儀在大壩形變監測上也占有一定的份額，但是激光全站儀最受制約的問題是其對天氣的適應性。激光全站儀在大霧以及下雨天氣無法正常使用，大霧和雨水可以將激光全站儀發出的激光遮擋損耗，因此無法正常工作。

往往在暴雨、雷擊等惡劣天氣下，尾礦庫的安全性能最為薄弱，最易發生潰壩等重大事故，此時對壩體的安全監測至關重要。因此GPS系統以及激光全站儀都是在最需要的時刻受到傳感器自身特性制約而無法正常使用。

3、光纖位移傳感器。光纖傳感技術是伴隨著光纖通信自上世紀70年代發展起來的一門多學科交叉技術。近年來研究和應用的發展都比較迅速，目前已經研制出兩千多種基于光纖的傳感器，可以用于測量溫度、壓力、應變、振動、超聲等物理量^[3]。為了提高尾礦庫在惡劣環境下的監測安全性和穩定性，避免天氣等因素影響，光纖位移傳感器在近期被推出使用。但是光纖位移傳感器所測量的往往是沿壩體坡面的位移，無法監測垂直內部的位移量；光纖位移計是監測兩點之間的位移，因此很難使用光纖位移計反演出壩體內部的真實三維變化曲線。

傳統的方法主要是人工定期用傳統儀器到現場進行測量，安全監測工作量大，受天氣、人工、現場條件等許多因素的影響，存在一定的系統誤差和人工誤差。同時，人工監測還存在不能及時監測尾礦庫的各項技術參數，難以及時掌握尾礦庫各項安全技術指標等缺點，這些都將影響尾礦庫的安全生產和安全管理水平，因此采用先進的技術進行尾礦庫壩安全監測勢在必行。

發明內容

針對以上生產生活中出現的亟需解決的技術問題，本發明設計了一種用于尾礦庫壩體內部形變監測的測斜儀，該技術可以實現尾礦庫壩體內部形變的三維再現，不受天氣環境影響，長期在線遠程檢測，無人值守，免維護。