[發明專利]面向水下松軟介質的光纖地形變傳感器

有效

• 申請號: 202011431595.8
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112697059B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 王昌;王英龍;倪家升;張發祥;董火民;姜劭棟;王金偉;馬龍;王英英
• 申請（專利權）人: 山東省科學院激光研究所;山東山科控股集團有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01D21/02;G01D18/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張貴賓

本發明涉及一種光纖地形變傳感器，特別公開了一種面向水下松軟介質的光纖地形變傳感器。該傳感器包括：第一耦合結構和第二耦合結構，埋于水下松軟介質中，并與松軟介質耦合；波紋管，兩端分別與第一耦合結構和第二耦合結構連接；彈性連接結構，位于波紋管內部，且一端與第一耦合結構連接；光纖光柵，一端與彈性連接結構連接，另一端與第二耦合結構連接，其兩自由端分別經通孔伸出第一耦合結構和第二耦合結構。本發明在較小的結構上實現水下松軟介質的形變測量，具有體積小、結構簡單的優勢；可與松軟介質有效耦合，測量精度高，不受光纖最大應變量的限制，增大了測量范圍。

技術領域

本發明涉及一種光纖地形變傳感器，特別涉及一種面向水下松軟介質的光纖地形變傳感器。

背景技術

通過海底變形觀測，監測海床穩定性，可以獲得海底滑坡、填海造陸、天然氣水合物及其他資源開發引發的海底變形數據，以便更好的分析海底滑坡等地質災害的發生機制，為海洋工程的安全提供更有效的預警方法，對于預測地質災害發生、保障海洋工程的穩定性具有重要意義。

海底變形觀測需要事先在海床內埋設測量儀器，測難度較大，且花費較高。海底地質多以泥沙等松軟介質為主，傳感器耦合難度大。水下監測傳感器面臨防水、耐靜水壓等問題。

王川等公開了一種海底地形監測系統及方法，包括監測系統控制船、監測裝置和水下機器人(ROV)；所述的監測系統控制船包括信號發射接收器、信號控制器和尺度索收放器；所述的監測裝置包括信號收發器一、信號收發器二、壓力計、傾斜計、數據存儲器、蓄電池、履帶式底座、信號傳輸應答器、吊環和重物。本發明能將對天然氣水合物開采區域所在的海底地形進行監測，收集大量海底地形變化數據并傳輸到監測系統中進行分析，了解海底地形變化趨勢，避免天然氣水合物開采出現意外情況，保證開采作業順利持續進行。電子傳感器不防水、可靠性低，且不能實現長期在線監測，系統復雜且成本高。

彭真明等提出一種基于Cors基站的海底填土形變監測系統，包括水壓計、水位計、靜力水準儀、單點沉降計、測斜儀、Cors數據采集箱，所述水壓計設置在海底邊坡和海底之間，用于監測海底水壓數據，所述水位計設置在海水中，用于采集海水水位數據，所述靜力水準儀設置在建筑物頂部，用于海岸建筑物垂直位移和傾斜的監測，所述單點沉降計安裝在海底填土中，用于采集海底填土沉降數據，所述測斜儀設置在海底填土底部，用于監測海底填土水平位移數據，所述Cors數據采集箱安裝在建筑物頂部，用于接受、分析、處理、傳輸所采集的海底填土形變數據信息。電子傳感器因存在需要供電、遠距離傳輸信號衰減、不防水、不易復用等問題，布設難度大，系統復雜且成本高。

美國加州大學斯克里普斯海洋研究所利用光纖傳感器觀測海底構造應變，其觀測類似于陸域地裂縫觀測方法，將光纖平鋪于海床表面，兩端錨定，通過測量光纖拉伸長度反應該區域海床的橫向變形量，測量精度可達毫米級，但由于光纖的抗拉伸程度有限，所以測量量程較小，且無法分布式測量局部形變。

段細云等設計了一種可長期用于水下惡劣環境的光纖光柵應變傳感器，讓光纖光柵應變傳感器在一個密封防水結構內，能夠在水下工作，但是對于海底等大多數水下環境，多以泥沙等松軟介質為主，傳感器不易耦合，且存在靜水壓環境，易對傳感器測量結果產生干擾。

綜上可見，現有技術仍然存在各種缺陷，需要研究一種體積小、結構簡單、容易制造、易于布設、能適用于松軟介質、可靠性高、低成本的光纖水下地形變傳感器。

發明內容

本發明為了彌補現有技術的不足，提供了一種結構簡單、體積小、可靠性高、測量精度高的面向水下松軟介質的光纖地形變傳感器。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種面向水下松軟介質的光纖地形變傳感器，其特征在于，該傳感器包括：

第一耦合結構和第二耦合結構，中軸線上均開設有通孔，埋于水下松軟介質中，并與松軟介質耦合，便于光纖穿過并保護內部光纖；