一种复合传感检测装置及系统

本申请涉及地质检测，尤其涉及一种复合传感检测装置及系统。

背景技术：

1、我国矿山水文地质条件复杂，矿井突水和冲击矿压灾害是煤矿及非煤矿山最严重的危害。矿井突水一直制约着煤炭的开采，据不完全统计，我国国有重点煤矿中受到矿井水害威胁的高达285座，占煤矿总数的27.5％，在大中型煤矿中受矿井水害威胁的有500多个工作面，受威胁的储量高达数百亿吨。冲击矿压是世界范围内煤矿及岩石工程中遇到的最严重的自然灾害之一，以其突然、急剧、猛烈的破坏特征严重威胁着矿山的安全生产。而且随着煤炭开采深度和开采范围的增大，冲击矿压灾害已经波及我国大部分矿区，许多原来没有发生过冲击矿压的矿井，现在也开始发生，原来发生过冲击矿压的矿井，现在致灾的强度越来越高。

2、现有的针对矿井突水可以使用压力和超声波水位传感器，还有渗压传感器；针对冲击矿压灾害可以使用应变和微震传感器。

3、上述技术方法主要是单一类型的电子或光纤类的传感器，需要采用多套不同类型的仪器配合使用；此外，上述方法仅能对产生灾害前的地质进行检测，而无法在早期渗水时进行检测，以及持续跟踪渗液状态的动态变化，因此无法做到及早预警，影响检测精度。

技术实现思路

1、本申请提供了一种复合传感检测装置及系统，以解决现有检测装置无法检测早期微弱渗水和微震而无法做到早期预警，影响检测精度的问题。

2、本申请第一方面提供一种复合传感检测装置，包括传感器解调仪，用于产生检测光信号；复合传感器，通过光缆与传感器解调仪相连；复合传感器包括埋设于被测土层内的第一壳体和探针；探针位于第一壳体内部；第一壳体的壁面设有通孔，通孔用于在土层内含有液体时，使液体进入第一壳体内部；探针用于强化端面反射光信号，以使复合传感器产生反射光信号；传感器解调仪，还用于接收反射光信号，将反射光信号转换为第一数字信号，基于第一数字信号检测土层内液体的流动；传感器解调仪包括非平衡干涉器，非平衡干涉器用于接收并干涉反射光信号，传感器解调仪还用于将干涉后的反射光信号转换为第二数字信号，基于第二数字信号计算土层的振动。

3、可选的，第一壳体内设有滤网，滤网围合有第一腔体，通孔与第一腔体连通；第一壳体内还设有第二腔体，探针通过第二腔体进入第一腔体内。

4、可选的，传感器解调仪包括光源模块、第一分路模块和环形器模块；光源模块用于产生检测光信号；第一分路模块用于接收检测光信号，将检测光信号分为n路光信号，并将n路光信号发送至环形器模块；环形器模块用于接收n路光信号，将n路光信号发送至复合传感器，并接收复合传感器反射的n路反射光信号。

5、可选的，传感器解调仪还包括第一波分模块；第一波分模块用于对n路反射光信号进行分光，得到第一波段的n路反射光信号和第二波段的n路反射光信号；传感器解调仪还用于根据第一波段的n路反射光信号产生n路第一反射光信号，n路第一反射光信号用于转换为第一数字信号，以检测土层内液体的流动；非平衡干涉器用于接收并干涉第二波段的n路反射光信号；传感器解调仪还用于根据干涉后的第二波段的n路反射光信号产生n路第二反射光信号，n路第二反射光信号用于转换为第二数字信号，以计算土层的振动。

6、可选的，传感器解调仪还包括第二分路模块和第二波分模块；第二分路模块设置在第一波分模块和非平衡干涉器之间，用于将第二波段的n路反射光信号传送至非平衡干涉器；第二波分模块用于接收非平衡干涉器干涉后的第二波段的n路反射光信号，并进行分光，得到第三波段的反射光信号；传感器解调仪根据第三波段的反射光信号转换为第二反射光信号。

7、可选的，传感器解调仪还包括光电转换模块、数据采集模块、控制模块和显示模块；光电转换模块用于接收第一反射光信号和第二反射光信号，将第一反射光信号转换为第一电信号，将第二反射光信号转换为第二电信号，并将第一电信号和第二电信号发送至数据采集模块；数据采集模块用于将第一电信号转换为第一数字信号，并将第二电信号转换为第二数字信号；控制模块用于基于第一数字信号检测土层内液体的流动，控制模块还用于基于第二数字信号计算土层的振动；显示模块用于显示土层的振动和土层内液体的流动。

8、可选的，传感器解调仪还包括模拟输出电路模块；模拟输出电路模块分别与控制模块和非平衡干涉器相连，模拟输出电路模块用于接收控制模块的控制指令，并根据控制指令向非平衡干涉器发出调制信号，调制信号用于确定非平衡干涉器的工作参数。

9、可选的，复合传感器的数量为多个，多个复合传感器的波长不同；环形器模块和第一波分模块的数量为多组。

10、可选的，复合传感器还包括第二壳体；第二壳体和第一壳体的内部连通，第一壳体连接在第二壳体的端部，光纤穿过第一壳体和第二壳体，且光纤的端部连接有探针；第一壳体为圆锥结构，第一壳体包括第一端和第二端，第一端与第二壳体相连接，沿第一端向第二端延伸的方向，第一壳体的横截面积逐渐减小。

11、可选的，第二壳体内设有悬臂梁金属块，光纤上设有光栅传感器，悬臂梁金属块包覆在光栅传感器外，光栅传感器用于检测土层的振动，并定位震源中心。

12、本申请第二方面提供一种复合传感检测系统，包括控制器和第一方面提供的复合传感检测装置，复合传感检测装置的数量为多个，多个复合传感检测装置并联；控制器用于控制多个复合传感检测装置。

13、本申请提供的复合传感检测装置及系统，复合传感检测装置包括具有通孔结构的复合传感器和传感器解调仪。复合传感器用于接收传感器解调仪发出的检测光信号，并将其反射以产生反射光信号，并在反射光信号中携带土层中液体情况以及土层的振动情况。使得本申请实施例中的复合传感器可以不仅检测矿井巷道的冲击矿压振动信号，而且还可以当隔水层出现裂缝或者细微渗透漏水时，提前发现渗水状况，并辅助微震信号对矿井巷道状态提供安全预警，有效提高检测精度。

技术特征：

1.一种复合传感检测装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的复合传感检测装置，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的复合传感检测装置，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的复合传感检测装置，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的复合传感检测装置，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的复合传感检测装置，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的复合传感检测装置，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的复合传感检测装置，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的复合传感检测装置，其特征在于，

10.一种复合传感检测系统，其特征在于，包括控制器和权利要求1-9中任一项所述的复合传感检测装置；

技术总结
本申请提供一种复合传感检测装置和系统，装置包括：传感器解调仪，用于产生检测光信号；复合传感器通过光缆与传感器解调仪相连；复合传感器包括埋设于被测土层内的第一壳体和探针；第一壳体的壁面设有通孔，探针用于测量折射率变化，并强化端面反射光信号，以使复合传感器产生反射光信号；传感器解调仪接收反射光信号转换为第一数字信号，检测土层内液体的流动；传感器解调仪包括非平衡干涉器，接收并干涉反射光信号，传感器解调仪还用于将干涉后的反射光信号转换为第二数字信号，并计算土层的振动，定位震源中心。通过设置复合传感器和传感器解调仪不仅检测振动信号，还可以提前发现渗水状况，提供安全预警，有效提高检测精度。

技术研发人员：闵力,王蒙,吕京生,赵庆超,李淑娟,杨元元,张绪成,赵文安
受保护的技术使用者：山东省科学院激光研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12