[發明專利]一種三維矢量光纖激光微震傳感器、微震監測系統及方法

有效

• 申請號: 202010873189.0
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112161692B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 李利平;陳彥好;張發祥;成帥;靳昊;胡慧江;姜劭棟;王昌;倪家升
• 申請（專利權）人: 山東大學;山東省科學院激光研究所
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01V1/20;G01V1/28
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 武博

本發明公開了一種三維矢量光纖激光微震傳感器、微震監測系統及方法，其技術方案為：包括傳感器基座和設置于傳感器基座內部且依次連接的第一橫向傳感器、第二橫向傳感器、軸向傳感器；軸向傳感器與第一橫向傳感器、第二橫向傳感器所在平面垂直，形成三維矢量傳感器結構。本發明的傳感器靈敏度高、直徑小，適用于隧道的超細孔洞安裝，能有效對隧道突涌水等各類災害進行實時監測。

技術領域

本發明涉及微震監測技術領域，尤其涉及一種三維矢量光纖激光微震傳感器、微震監測系統及方法。

背景技術

微震監測技術作為一種遠程無損實時監測方法，能夠監測巖體災變中微小破裂前兆特征，為重大災害提供前兆預警信息。傳統電子微震傳感器存在靈敏度低、易受電磁干擾、組網困難、防水防潮性差、測點存活率低等缺點。基于光纖激光傳感技術的微震傳感器，可有效解決上述難題。

在進行隧道開挖過程中，由于開挖卸荷導致圍巖應力狀態發生改變，巖石在應力作用下發生破壞，并產生微小震動，通過鉆鑿多個鉆孔并在孔內安裝微震傳感器可實時監測巖石破裂的微弱信號。現有的光纖激光微震傳感器以單分量為主，三分量微震傳感器可以滿足對微震信號進行三維空間的定位，然而常見的三分量傳感器體積大、不便于在隧道等狹小空間安裝，且橫向交叉靈敏度降低，指向性變差，不利于微震源的定位。

現有技術中公開了一種光纖光柵三維加速度傳感器，還公開了一種三分量光纖光柵震動傳感器，由于光纖光柵尺寸較短，可以通過相同結構三個方向的正交安裝，構成小直徑的三分量加速度計。但是，光纖激光器一般長度較長，利用上述現有技術無法實現較小直徑。

另外，對于微震事件的定位計算須要對區域進行空間“包絡式”監測，同時在傳感器安裝時尾部光纜不便于引出，不便于采用串聯的復用組陣方案，這需要多分量微震傳感器的組網成陣。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種三維矢量光纖激光微震傳感器、微震監測系統及方法，傳感器靈敏度高、直徑小，適用于隧道的超細孔洞安裝，能有效對隧道突涌水等各類災害進行實時監測。

為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：

第一方面，本發明的實施例提供了一種三維矢量光纖激光微震傳感器，包括傳感器基座和設置于傳感器基座內部且依次連接的第一橫向傳感器、第二橫向傳感器、軸向傳感器；軸向傳感器與第一橫向傳感器、第二橫向傳感器所在平面垂直，形成三維矢量傳感器結構。

作為進一步的實現方式，所述第一橫向傳感器、第二橫向傳感器分別包括橫向加速度敏感元件、橫向光纖激光器、橫向外殼，橫向加速度敏感元件設于橫向外殼內部，橫向加速度敏感元件與橫向光纖激光器相連。

作為進一步的實現方式，所述軸向傳感器包括軸向外殼、軸向光纖激光器、軸向加速度敏感元件，軸向加速度敏感元件設于軸向外殼內部，且軸向加速度敏感元件與軸向光纖激光器相連。

作為進一步的實現方式，所述傳感器基座采用雙彈性膜片結構。

作為進一步的實現方式，所述第一橫向傳感器與連接光纜相連。

第二方面，本發明實施例還提供了一種微震監測系統，包括所述的三維矢量光纖激光微震傳感器。

作為進一步的實現方式，還包括若干分路盒，分路盒依次串聯，且每個分路盒連接至少一個三維矢量光纖激光微震傳感器；所述分路盒通過傳輸光纜連接光纖激光解調模塊。

作為進一步的實現方式，所述分路盒包括波分復用器、分路盒外殼、光纜接口，波分復用器設置于分路盒外殼內部，光纜接口安裝于分路盒外殼一側；且光纜接口與波分復用器相連。

第三方面，本發明實施例還提供了一種微震監測系統的使用方法，包括：

鉆鑿鉆孔，在鉆孔中布置三維矢量光纖激光微震傳感器；