[发明专利]一种隧道安全监测的全光纤激光检测系统与工作方法

说明书

本发明涉及一种隧道安全监测的全光纤激光检测系统与工作方法，属于隧道安全监测技术领域，系统包括激光器，输出光路上设有光纤分束器1，光纤分束器1的两路输出分别至光纤分束器2和光纤调制器，光纤调制器输出连接至光纤分束器3；光纤分束器3的两个输出分别连接至光纤合束器1和光纤合束器2；光纤分束器2的一路输出经过光纤环形器连接至光纤合束器1，光纤分束器2的另一路输出经过光纤耦合头连接至光纤合束器2；光纤合束器1经过光电探测器1连接至数据采集处理与控制系统，光纤合束器2经过光电探测器2连接至数据采集处理与控制系统。可以同时实现气体测量和位移形变测量；气体测量灵敏度高，位移形变测量准确度高。

技术领域

本发明涉及一种用于隧道挖掘中用于安全监测的全光纤激光检测系统与工作方法，属于隧道安全监测技术领域。

背景技术

随着我国经济技术的发展，我国的隧道的交通里程数不断增加。隧道安全是交通施工中的重要安全问题之一。隧道中的坍塌和危险气体极易造成施工人员的伤亡。近年来，隧道施工坍塌、中毒事故频繁发生，因此，对隧道形变和危险气体的实时监测具有安全预警作用，减少事故发生。目前的形变和气体监测方法采用激光测距仪或便携式的气体监测仪进行监测，目前检测手段都是采用人工轮班对隧道进行安全监测，这种检测工具和手段具有工作效率低、检测精度低、实时性差的缺点。所述以上缺点是未来亟待解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明利用激光吸收光谱原理和线性调频技术实现了一种时分多种气体测量和形变监测的系统和方法，该方法可以同时实时测量隧道的瓦斯浓度、水汽浓度、以及隧道墙面的微小位移形变。该发明采用全光纤结构、具有结构简单、气体探测灵敏度高(可达ppm级别)、测量精度高(可达到um级别)的特点。该发明结合不同平台也可进一步实现三维气体成像技术或其他危害气体检测。

本发明的技术方案如下：

一种隧道安全监测的全光纤激光检测系统，包括激光器，激光器输出光路上设有光纤分束器1，光纤分束器1的两路输出分别至光纤分束器2和光纤调制器，光纤调制器输出连接至光纤分束器3；

光纤分束器3的两个输出分别连接至光纤合束器1和光纤合束器2；

光纤分束器2的一路输出经过光纤环形器连接至光纤合束器1，光纤分束器2的另一路输出经过反射镜反射后、通过非球面透镜、光纤耦合头连接至光纤合束器2；

光纤合束器1经过光电探测器1连接至数据采集处理与控制系统，光纤合束器2经过光电探测器2连接至数据采集处理与控制系统。

优选的，光纤分束器1为90/10光纤分束器，激光器通过90/10光纤分束器分为90％能量的A路和10％能量的B路，A路输入至光纤分束器2；

光纤分束器2为90/10光纤分束器，A路激光再经过90/10光纤分束器2分为90％能量的E路和10％能量的F路；

光纤分束器3为45/55光纤分束器，B路激光通过光纤调制器后，再经45/55光纤分束器3分为45％能量的C路和55％能量的D路；

E路激光经过反射镜反射、非球面透镜耦和到光纤耦合头中；

F路信号经过光纤环形器后与C路激光通过光纤合束器1合束后在光电探测器1上产生信号1；

耦和到光纤耦合头的激光与D路激光通过光纤合束器2合束后在光电探测器2上产生信号2。

进一步优选的，信号1包括根据时序产生的拍频信号，信号2包括根据时序产生拍频信号和气体吸收信号。信号1和信号2经数据采集处理及控制系统采集后分析。

优选的，数据采集处理及控制系统产生调制信号驱动激光器。