[發(fā)明專利]一種高靈敏寬頻響的全光纖微震監(jiān)測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910612905.7
• 申請日: 2019-07-09
• 公開（公告）號: CN110261895B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 俞本立;葛強;李世麗;吳許強;時金輝;張剛
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號: G01V1/20
• 分類號: G01V1/20;G01H9/00
• 代理公司: 北京艾皮專利代理有限公司 11777
• 代理人: 馮鐵惠

本發(fā)明涉及光纖傳感和安全監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種高靈敏寬頻響的全光纖微震監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由激光光源、光纖耦合器、傳感探頭、信號解調(diào)儀組成，其中所述傳感探頭包括封裝外殼及頂蓋、光纖耦合器、參考臂光纖和傳感臂光纖、位于封裝外殼底面中部并依次向上同心固定連接的傳感臂換能器、質(zhì)量塊、參考臂換能器、墊片、螺母以及參考臂反射鏡和傳感臂反射鏡，所述傳感探頭內(nèi)完全充滿油性液體；通過螺母調(diào)節(jié)施加于墊片的應(yīng)力大小。該系統(tǒng)具有探測靈敏度高、頻響曲線平滑、本質(zhì)安全和應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點，可實現(xiàn)更低震級、更寬頻帶微震信號的無損傷的獲取，適用于各類礦井及基礎(chǔ)設(shè)施工程的安全監(jiān)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感和安全監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種高靈敏寬頻響的全光纖微震監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

上世紀(jì)六十年代至今，很多采礦大國先后開展礦山微震監(jiān)測設(shè)備和監(jiān)測系統(tǒng)的研制，例如，加拿大ESG、南非ISS、波蘭SOS系統(tǒng)等，已在微震監(jiān)測應(yīng)用領(lǐng)域開展了應(yīng)用。上述系統(tǒng)前端均為基于壓電式或電磁式傳感器，非本質(zhì)安全，不適用于煤礦強電磁、高溫高濕等復(fù)雜環(huán)境。論文“一種光纖光柵加速度傳感系統(tǒng)”[馬良柱,常軍,劉小會, 霍佃恒,劉統(tǒng)玉.山東科學(xué),2008,06:19-22]公開了光纖光柵加速度傳感系統(tǒng)，頻寬為2-100Hz，最小分辨率僅為0.1mg，但無法適用于金屬礦等硬巖環(huán)境監(jiān)測；公開號為CN106940387A的專利申請公開了一種邁克爾遜干涉式光纖加速度傳感器，該傳感器通過差分式光纖邁克爾遜干涉裝置檢測質(zhì)量塊位移引起的相位變化，實時解調(diào)傳感器的加速度變化，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜；公開號為CN105158508A的專利申請公開了一種結(jié)構(gòu)簡單的新型光纖微振動加速度傳感器，該傳感器被懸臂梁擠壓的傳感光纖在振動信號激勵下產(chǎn)生微小形變，光纖末端反射光功率受到振動信號的調(diào)制，結(jié)構(gòu)簡單，但是頻帶窄檢測靈敏度低。

綜上所述，傳統(tǒng)微震監(jiān)測系統(tǒng)前端需要供電，非本質(zhì)安全，煤礦環(huán)境下使用存在燃爆風(fēng)險，且靈敏度低，頻帶較窄，無法實現(xiàn)微震信號保真拾取。而基于光纖光柵原理的微震監(jiān)測儀，雖然本質(zhì)安全，但關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)如工作頻帶、分辨率等較差，實用困難。因此，需要開發(fā)出一種高靈敏度、寬頻響的全光纖微震監(jiān)測系統(tǒng)，以解決上述不足。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高靈敏寬頻響的全光纖微震監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)顯著提高了監(jiān)測靈敏度，抗電磁干擾，可適用于煤礦、金屬礦、隧道和邊坡等重要基礎(chǔ)設(shè)施工程的安全監(jiān)測。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的方案是：

一種高靈敏寬頻響的全光纖微震監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由激光光源、傳感探頭、信號解調(diào)儀和一頭連接所述的激光光源的入射光纖以及一頭連接所述的信號解調(diào)儀的反射光纖組成；其特征在于，

所述的傳感探頭由圓筒狀的封裝外殼及其頂部以螺紋與其連接的頂蓋，封裝在所述的封裝外殼內(nèi)并與所述的入射光纖和反射光纖的另一頭相連接的光纖耦合器，由光纖耦合器引出的參考臂光纖和傳感臂光纖，固定連接在封裝外殼內(nèi)底面中部的螺桿、由所述的螺桿依次向上同心固定串接的傳感臂換能器、質(zhì)量塊、參考臂換能器、墊片、螺母，參考臂反射鏡和傳感臂反射鏡，以及充滿于封裝外殼內(nèi)部的油性液體組成；其中，

所述的入射光纖和反射光纖由所述的頂蓋上設(shè)有的光纖引入口引入封裝外殼，所述的光纖引入口由玻璃膠或硅膠密封；

所述的參考臂光纖由下向上以一定預(yù)應(yīng)力緊密纏繞在所述的參考臂換能器的外周，其末端裝設(shè)有所述的參考臂射鏡；

所述的傳感臂光纖由上向下以一定預(yù)應(yīng)力緊密纏繞在傳感臂換能器的外周，其末端裝設(shè)有所述的傳感臂反射鏡。

所述油性液體為不同粘度的二甲基硅油。

所述參考臂換能器和傳感臂換能器空心圓柱狀結(jié)構(gòu)，由銅材制成，所述墊片為空心結(jié)構(gòu)，由鋁合金、高硬度硅橡膠中的一種制成。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為：