[发明专利]复合光纤检测模块与装置

说明书

技术领域

本发明涉及采用光纤装置实现变形及运动方向同步测量的技术领域，特别涉及一种复合光纤检测模块以及复合光纤检测装置。

背景技术

我国是世界上地质灾害最为严重的国家之一，每年由滑坡等边坡失稳灾害造成的损失数以亿计，严重影响了人民群众的生命财产安全，因此，建立有效的监测网络、及时预测与防护成为抵御灾害，成为减轻损失的重要途径。

光纤传感技术是通过对光纤内传输光某些参数(如强度、相位、频率、偏振态等)变化的测量，实现对环境参数的测量，分布式光纤传感技术已经广泛应用于工程测量领域，光纤传感器是利用光作为信息的载体，用光纤作为传递信息的介质，具有抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高、响应快、重量轻、体积小、外形可变、传输带宽大以及可复用实现分布式测量等优点，我国在2004年将分布式光纤传感技术应用于滑坡监测，并取得了显著的成果。

目前，基于同轴电缆的时域反射(TDR)监测技术、光时域反射技术和布里渊光时域反射技术(BOTDR)是国内研究的热点，但是这几种技术在用于边坡稳定监测时，各自都有缺陷，其中，TDR在无剪切力作用时敏感性差，因此，难以作用于初始精度高、行程大的测量场合，OTDR在应用中具有高初始精度，但难以实现大量程和方位判定；而BOTDR虽然具有光信号损耗小、测距长的优点，并且单根光纤价格低廉，能够比较方便地确定变形的位置，但是其测量行程较小，而且在实现方位判定方面也有待于研究。

整体而言，目前国内在这一领域的研究与国外还有较大差距，在边坡失稳地质结构的测量上，需要一种能够实现剪切力初始高精度、大量程测量和 方位判断的光线检测装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种复合光纤检测模块，该模块采用了三种光纤结构，能够同时进行剪切力的初始高精度、大量程测量以及方位判断，具有精度高、低造价的特点，基于该检测模块，本发明还提出了一种复合光纤检测装置，通过与检测主机的结合，能够对目标物体内部运动的方向和性质进行准确的综合判断，为进一步采取对策提供有效信息。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：该复合光纤检测模块包括具有受力承载面的基材，所述基材的受力承载面上设置有并列的光纤结构I、光纤结构II和光纤结构III；

所述光纤结构I为管式结构，包括光纤I和钢管，所述光纤I位于受力承载面上的部分通过套装钢管进行保护，光纤I上设置有蝴蝶结，所述光纤结构I用于剪切力的大量程测量；所述光纤结构II为独体光纤结构，包括直接设置在受力承载面上的光纤II，所述光纤结构II用于剪切力的初始高精度测量与位置检测；所述光纤结构III采用嵌入式应变结构，包括光纤III和应变安装基片I，所述光纤III为两根且以相互平行的方式分别嵌入安装于应变安装基片I的上、下表面，所述应变安装基片I的下表面以面接触的方式设置在受力承载面上，所述光纤III与光纤I、光纤II保持平行，所述光纤结构III用于剪切力的方位判断。

进一步，所述光纤结构III还包括应变安装基片II，所述应变安装基片II的上、下表面上分别设置有两根相互平行的光纤IV，所述应变安装基片II设置在应变安装基片I上，所述应变安装基片II的上、下表面与应变安装基片I的上、下表面保持正交垂直，所述光纤IV与光纤III相互平行，通过应变安装基片I、II的设置，可以同时判断水平方向和垂直方向的受力。

当然，也可以不采用上述的垂直正交结构，直接将光纤III采用光栅光纤，通过光栅光纤的特性来进行方位判断，该种方式灵敏度也较高，同时造价较为 昂贵。

进一步，所述光纤II上套装有整根式的用于保护光纤的软性套管。

另外，所述光纤II也可以采用另外一种套管保护结构，即在光纤II上沿光纤II的埋入长度依次套装有多个结构相同的套管节，所述套管节的长度大于1mm且小于15mm，外径为0.5～2mm，内径为0.3～1.6mm，在外力作用下，所述光纤II通过套管节形成锯齿形结构；

进一步，所述基材上设置有连接装置，所述多个复合光纤检测模块之间通过连接装置构成具有单个或者多个受力承载面的立体结构或沿同一方向平面延展。