一种基于多芯光栅传感器的滑坡监测方法与流程

本发明涉及地质监测，具体涉及一种基于多芯光栅传感器的滑坡监测方法。

背景技术：

1、滑坡是山区基本建设工程中最常遇到的一种灾害。边坡的变形破坏与其所造成的不良地质环境可对人类工程活动带来严重的危害，造成生态环境的失调和破坏，并可能带来更大范围和更深远的负面影响。滑坡的失稳破坏，都有一个从渐变到突变的发展过程，一般单凭人们的直觉是难以发现的，必须依靠精密的监测仪器和适宜的技术方法进行周密监测。

2、目前，国内外学者专家已经研究了多种滑坡检测技术方式，如：三维激光扫描技术、卫星遥感自动检测系统、gps一机多天线系统、多传感器集成系统等，这些技术在一定程度上提高了滑坡检测的准确性和时效性，然而，传统滑坡检测技术仍存在一些不足：

3、1、时效性不足：尽管三维激光扫描技术、卫星遥感自动检测系统、gps一机多天线系统等技术已经应用于滑坡监测，但它们在滑坡预警的时效性方面仍有待提高。这些技术往往只能在滑坡发生明显形变或突变时起到预警作用，留给人类处置的时间相对较少；

4、2、方向性监测缺失：传统滑坡检测技术往往难以准确监测滑坡的方向性，这增加了山体滑坡监测的不确定性。而滑坡的方向性对于评估滑坡的危害程度和制定有效的防治措施至关重要，若无法准确监测滑坡的方向性，则可能导致防治措施的实施不够精准，甚至可能因误判滑坡方向而采取错误的应对措施，从而加剧滑坡的危害；

5、3、成本高与技术门槛高：此前的一些滑坡监测系统成本高、技术门槛高，限制了它们在绝大多数山区的普及和应用。这导致许多潜在滑坡风险区域缺乏有效的监测手段。

6、综上，虽然滑坡监测技术已经取得了一定的进展，但仍需要一种有效的智能化手段，以进一步提高滑坡监测的准确性和时效性。

技术实现思路

1、为了实现提高滑坡监测的准确性和时效性，本发明的目的在于提供一种基于多芯光栅传感器的滑坡监测方法，所采用的技术方案具体如下：

2、第一方面，本申请公开的一种多芯光栅传感器，多芯光纤作为传感介质，所述多芯光纤的内部包括四个独立的光纤芯，分别为第一纤芯、第二纤芯、第三纤芯、以及第四纤芯，其中：各所述纤芯均匀分布在同心圆周上，且光栅结构参数均保持一致，都可以作为一个独立的传感通道，实现分布式测量；各所述纤芯之间的芯间距位于[50μm,80μm]范围内，且通过施加相应预应力，固定放置在应变片内。

3、进一步的，所述多芯光栅的材质为二氧化硅石英材料，且各所述纤芯之间的芯间距设定为60μm。

4、进一步的，所述光栅结构参数包括中心波长、反射率、3db带宽、以及边模抑制比，其中：所述中心波长位于[1520nm-1620nm]范围内，反射率大于90％，3db带宽小于且等于0.3nm，边模抑制比大于10db。

5、进一步的，所述中心波长设定位于[1530nm-1570nm]这一范围内，且设定波长间隔为4nm；

6、所述反射率设定为91％、所述3db带宽设定为0.27nm、所述边模抑制比设定为15db。

7、进一步的，各所述纤芯通过施加位于[0.5n-5n]范围内的预应力，并通过固定装置固化一定时间后，固定放置在应变片内。

8、进一步的，各所述纤芯的包层直径位于[150μm,240μm]范围内，涂覆层直径位于[200μm,300μm]范围内。

9、第二方面，本申请公开的一种基于上述任一项所述的多芯光栅传感器的滑坡监测方法，所述方法包括：

10、s1、将所述多芯光栅传感器放置于在山体内部的侧斜管内壁；

11、s2、在坡体发生振动位移时，基于解调仪监测所述多芯光栅传感器中各纤芯的波长变化信号，并对所得的各项波长变化信号进行解调，得到相应的应变值；

12、s3、在确定所述应变值大于预设预警值时，反馈相应的预警提示信息。

13、进一步的，所述解调仪的通道数位于[4,32]范围内，检测波长范围为c+l波段，波长解调分辨率小于或等于10pm，采样频率小于或等于4khz。

14、进一步的，步骤s2中，所述对所得的各项波长变化信号进行解调，得到相应的应变值，包括：

15、s21、通过以下公式对所得的各项波长变化信号进行解调：

16、；

17、；

18、；

19、其中， 为外围各纤芯到光纤圆心的距离，为光纤的弯曲角度，为光纤的弯曲半径矢量为光纤在0°方位上的分解矢量，为光纤在270°方位上的分解矢量，为第一纤芯向0°方位弯曲时的反射波长弯曲灵敏度，为第二纤芯向90°方位弯曲时的反射波长弯曲灵敏度，为第一纤芯与第三纤芯之间的波长差，为第二纤芯与第四纤芯之间的波长差。

20、本发明具有如下有益效果：

21、1）由于多芯光纤内部包含四个独立且均匀分布在同心圆周上的纤芯，每个纤芯都可以作为一个独立的传感通道，因此该传感器能够实现分布式测量。这意味着它可以在同一时间、在同一根光纤上获取多个位置的测量数据，大大提高了测量的效率和准确性；

22、2）通过保持各纤芯的光栅结构参数一致，可以确保传感器在测量过程中的稳定性和一致性。同时，由于多芯光纤的特殊结构，当外界环境（如温度、压力、应变等）发生变化时，纤芯的长度、直径以及折射率都会发生变化，从而导致光波的相位发生改变。这种变化可以被光栅传感器精确捕捉到，并转化为电信号进行输出，因此该传感器具有较高的灵敏度。

技术特征：

1.一种基于多芯光栅传感器的滑坡监测方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解调仪的通道数位于[4,32]范围内，检测波长范围为c+l波段，波长解调分辨率小于或等于10pm，采样频率小于或等于4khz。

3.根据权利要求1所述的基于多芯光栅传感器的滑坡监测方法，其特征在于，多芯光纤作为传感介质，所述多芯光纤的内部包括四个独立的光纤芯，分别为第一纤芯、第二纤芯、第三纤芯、以及第四纤芯，其中：

4.根据权利要求1所述的基于多芯光栅传感器的滑坡监测方法，其特征在于，所述多芯光栅的材质为二氧化硅石英材料，且各所述纤芯之间的芯间距设定为60μm。

5.根据权利要求1所述的基于多芯光栅传感器的滑坡监测方法，其特征在于，所述光栅结构参数包括中心波长、反射率、3db带宽、以及边模抑制比，其中：

6.根据权利要求5所述的基于多芯光栅传感器的滑坡监测方法，其特征在于，所述中心波长设定位于[1530nm-1570nm]这一范围内，且设定波长间隔为4nm；

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于多芯光栅传感器的滑坡监测方法，其特征在于，各所述纤芯通过施加位于[0.5n-5n]范围内的预应力，并通过固定装置固化预设时间后，固定放置在应变片内。

8.根据权利要求1-6任一项所述的基于多芯光栅传感器的滑坡监测方法，其特征在于，各所述纤芯的包层直径位于[150μm,240μm]范围内，涂覆层直径位于[200μm,300μm]范围内。

技术总结
本发明涉及地质监测技术领域，具体涉及一种多芯光栅传感器、及基于该传感器的滑坡监测方法，多芯光纤作为传感介质，多芯光纤的内部包括四个独立的光纤芯，分别为第一纤芯、第二纤芯、第三纤芯、以及第四纤芯，其中：各纤芯均匀分布在同心圆周上，且光栅结构参数均保持一致，都可以作为一个独立的传感通道，实现分布式测量；各纤芯之间的芯间距位于[50μm,80μm]范围内，且通过施加相应预应力，固定放置在应变片内。基于该传感器的滑坡监测方法包括将多芯光栅传感器放置于在山体内部的侧斜管内壁；在坡体发生振动位移时，基于解调仪监测多芯光栅传感器中各纤芯的波长变化信号并进行解调，得到相应的应变值；在确定应变值大于预设预警值时，反馈预警提示信息。

技术研发人员：张祥波,曹红占,刘蕊,柳建
受保护的技术使用者：武汉驿路通科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/1/6