一种分布式光纤洞库裂隙水监测预警系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种分布式光纤洞库裂隙水监测预警系统，包括信号发生器、声光调制器、EDFA放大器、回波EDFA放大器、环形器、光纤、光电探测器和监测设备，信号发生器向外输出光波；声光调制器和EDFA放大器依次对信号发生器的光波进行调制和放大处理；所述环形器将调制和放大后的光波信号单向传入沿洞库侧壁铺设的光纤中，同时将所述光纤在传播光波的过程中产生的向后的散射光单向传入回波EDFA放大器；光电探测器接收经回波EDFA放大器放大后的光纤散射光中携带的水温、水量和应力应变信号。通过本实用新型专利技术，以解决现有技术存在的传统的物探技术对洞库裂隙水的赋存情况进行探测存在显著的弊端和局限性的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式光纤洞库裂隙水监测预警系统
本技术涉及洞库裂隙水监测
，具体涉及一种分布式光纤洞库裂隙水监测预警系统。
技术介绍
洞库裂隙水具有埋藏、分布不均匀及赋存和运动规律复杂等特性，对岩体的浸泡、软化作用使岩体强度降低甚至解体，诱发涌水、塌方等工程事故的发生，对洞库内施工安全及建成后的运营管理构成严重威胁。此外，洞库裂隙水作为洞库山体内部的水源，在洞库工程施工过程中经常被浪费排放，不能进行收集和利用，这对本来水资源就很匮乏的洞库工程来说是很大的损失，这就要求有一种监测手段能够对洞库内部裂隙水进行实时的探测，进行相关收集存储和综合利用。目前主要采用物探技术对洞库裂隙水的赋存情况进行探测，主要包括以下方法：电法、放射性测量法、地面核磁共振测深法、地面物探综合信息解译法。电法：(1)电阻率法：野外调查简单、耗费低，对含水层探测很有效，但探测速度慢。电阻率异常的精确定位为一种用于精确确定偏离区内背景电阻率值的技术，可用于基岩裂隙水的探测。(2)电磁法：种类繁多，常用甚低频法，采用军用无线电发射机产生15-25Hz频率范围内的电磁辐射为源扫描断层,可作为基岩中地下水运动路径、岩体质量指标的间接指示器。(3)垂直电测深法：既可划分地下连续性区域,又可为一种常用、经济的地下水勘探工具研究物探。基于历史观测数据建立和校准地下水流动模型,用于评价地下水开采潜力及未来的开采对深层地下水系统的影响。(4)自然电位法：一种快速、价廉的勘探工具,由地表电位分布的自动分选组成。将SP信号与地下水位形状相连接的模型，采用基于单一法的优化准则,根据水位评估反演SP数据。放射性测量法：20世纪70年代初，我国开始采用天然放射性测量法寻求地下水源，通过寻找蓄水构造，间接寻找与断裂、裂隙有关的基岩地下水。地面核磁共振测深法：1965年张昌达等进行了核磁共振(NMR)技术找水的初步试验，1978年前苏联开始采用该技术全面找水。之后,法国研制了新型的NMR找水仪。1999年在德国北部一站点的测试中，采用SNMR法判定对地下水勘探与环境调查的适宜性。地面物探综合信息解译法：在多种物探方法勘察中,综合信息的导译法用得较多。史保连等根据海南花岗岩地区的基岩裂隙水调查,探讨了花岗岩地区，遥感、物探方法调查基岩裂隙水的模式。曹卫群等通过以遥感与地面物探综合信息解译法,构建了遥感地面物探的找水方法系列，论述了必要性、合理性及可能性。王媛等提出建立遥感水文地质判释，并辅以野外地面调查、现场钻孔地下水流速流向测试、现场钻孔压水试验资料分析、水化学分析、环境同位素测试分析等手段进行勘探。国外采用遥感结合物探法调查基岩裂隙水也取得了明显进展。印度的经验是航片加甚低频法,前苏联用航片加各种电法寻找基岩裂隙水,非洲和拉丁美洲也广泛采用航片加甚低频法的基本模式。以上几种方法在洞库裂隙水的探测方面均取得了不俗的效果，但同时也存在着显著的弊端和局限性。电法依赖于大量的历史探测数据积累，探测速度较慢，探测的精确率偏低，容易错过裂隙水富集的高峰期，不利于裂隙水及时的疏导和排出；放射性测量法会产生对人体有害的放射性元素，在封闭的洞库空间，有害放射性元素的富集会对工作人员的身体健康带来严重的危害，不利于有常驻人员使用的洞库内部裂隙水的探测；地面核磁共振测深法主要是用于地下水的勘探，对于洞库侧壁上的裂隙水，没有合适的设备安装平面，导致无法完成侧壁内裂隙水的探测；地面物探综合信息解译法，虽然有很高的探测精度，但动用的探测手段较多，探测方法过于复杂繁琐，甚至还需要现场钻孔压水操作，不利于长期使用中的洞库裂隙水的实时监测。
技术实现思路
本技术提供一种分布式光纤洞库裂隙水监测预警系统，以解决现有技术存在的传统的物探技术对洞库裂隙水的赋存情况进行探测存在显著的弊端和局限性的问题。为解决上述技术问题，本技术提供了一种分布式光纤洞库裂隙水监测预警系统，通过光纤对监测点的温度、水量和应力场实时连续监测获取最佳的报警时间，有助于消除生产安全隐患。本技术的分布式光纤洞库裂隙水监测预警系统，包括信号发生器、声光调制器、EDFA放大器、回波EDFA放大器、环形器、光纤、光电探测器和监测设备；所述信号发生器向外输出光波；所述声光调制器和EDFA放大器依次对信号发生器的光波进行调制和放大处理；所述环形器将调制和放大后的光波信号单向传入沿洞库侧壁铺设的光纤中，同时将所述光纤在传播光波的过程中产生的向后的散射光单向传入回波EDFA放大器；所述光电探测器接收经回波EDFA放大器放大后的光纤散射光中携带的水温、水量和应力应变信号；所述光纤终端连接有用于采集水量、水温信息的水量传感器、于检测顶板离层位移的光纤光栅位移传感器、用于检测充填应力的压力传感器、用于发出求救信号的压力求救传感器。所述监测设备将水温、水量和应力应变信号进行存储，根据信号的强度和接收时间进行计算，得出信号发生的时间、强度和位置。进一步地，所述信号发生器采用超窄线宽激光发射器。进一步地，所述水量信号、水温信号和应力应变信号通过连接在光纤终端的水量传感器获得，裂隙水泄漏发生时，光纤的部分光波被泄漏的裂隙水吸收，剩下的光波信号返回光电探测器，将返回的光波信号与原光波信号源相比较，所有传感器的读数在几秒钟内被更新，监测设备根据返回光波信号计算每个水量传感器周围的水流量并存储。进一步地，上述数据采集处理部分采用分布式光纤光栅及马赫泽德传感器技术相结合，裂隙水泄漏、渗漏等事故发生时，会对传感器表面有一定的力学扰动，会使水量传感器表面产生“冲击”效应，这个过程会使光纤传感器的马赫泽德干涉仪产生干涉信号，通过传感光纤传输到环形器，进而传导到光电探测器输入光纤，光电变换将干涉光信号转换成电压信号，输入到计算机，通过高速高精度AD变换器转换，将模拟量转换成数字量，然后采用相应的模式识别算法就可以计算出裂隙水量大小。进一步地，所述光纤光栅位移传感器有两个探头，所述两个探头通过探头固定件分别安装在固定测点和参照测点处。所述探头固定件可以是一定长度的钢筋件。如10cm长的钢筋件。进一步地，所述压力求救传感器上有呼救按钮，所述呼救按钮上方有用于防止误碰呼救按钮的盖板。本技术带来的有益效果：本技术采用普通光纤可对沿光纤分布的温度、水量和应力场进行实时、连续测量，光纤的跨距可达几十千米，克服了传统点式传感器难以对被测场进行全方位连续监测的缺陷。附图说明图1是根据本技术实施例的分布式光纤洞库裂隙水监测预警系统的组成示意图。图2是本技术一种实施方式的光纤光栅位移传感器安装结构示意图图3是本技术一种实施方式的压力求救传感器原理结构示意图具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本技术作进一步地详细说明。如图1所示，本技术提供了一种分布式光纤洞库裂隙水监测预警系统，通过光纤对监测点的温度、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式光纤洞库裂隙水监测预警系统，包括信号发生器、声光调制器、EDFA放大器、回波EDFA放大器、环形器、光纤、光电探测器和监测设备，其特征在于，所述信号发生器向外输出光波；所述声光调制器和EDFA放大器依次对信号发生器的光波进行调制和放大处理；所述环形器将调制和放大后的光波信号单向传入沿洞库侧壁铺设的光纤中，同时将所述光纤在传播光波的过程中产生的向后的散射光单向传入回波EDFA放大器；所述光电探测器接收经回波EDFA放大器放大后的光纤散射光中携带的水温、水量和应力应变信号；/n所述光纤终端连接有用于采集水量、水温信息的水量传感器、于检测顶板离层位移的光纤光栅位移传感器、用于检测充填应力的压力传感器、用于发出求救信号的压力求救传感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤洞库裂隙水监测预警系统，包括信号发生器、声光调制器、EDFA放大器、回波EDFA放大器、环形器、光纤、光电探测器和监测设备，其特征在于，所述信号发生器向外输出光波；所述声光调制器和EDFA放大器依次对信号发生器的光波进行调制和放大处理；所述环形器将调制和放大后的光波信号单向传入沿洞库侧壁铺设的光纤中，同时将所述光纤在传播光波的过程中产生的向后的散射光单向传入回波EDFA放大器；所述光电探测器接收经回波EDFA放大器放大后的光纤散射光中携带的水温、水量和应力应变信号；
所述光纤终端连接有用于采集水量、水温信息的水量传感器、于检测顶板离层位移的光纤光栅位移传感器、用于检测充填应力的压力传感器、用于发出求救信号的压力求救传感器。


2.如权利要求1所述的分布式光纤洞库裂隙水监测预警系统，其特征在于，所述监测设备将水温、水量和应力应变信号进行存储，根据信号的强度和接收时间进行计算，得出信号发生的时间、强度和位置。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：马奕炜，朱永明，衣文索，吴飞，朱国栋，肖明星，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九二一部队，
类型：新型
国别省市：北京;11