[实用新型]一种基于光纤传感的沉管隧道变形监测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及基础设施结构安全健康监测领域，具体而言是一种基于光纤传感的沉管隧道变形监测系统。

背景技术

由于在经济和技术上的独特优点，尤其是水下连接和基础处理的突破性进展，沉管隧道越来越受到工程界的青睐。与矿山隧道相比，沉管隧道受力上有其独特之处，除了要受上覆静荷载和过车荷载作用外，沉管隧道还受到浪动荷载以及水中离子的侵蚀，且大部分沉管隧道都修建在软土地区，对沉降和变形非常敏感。现阶段对沉降问题研究的很多，对应变研究的较少。对沉降的控制只能反映管节竖向变形，不能完整反映管节内外受力情况。应变是材料与结构的重要物理特征参量，最能反映局部结构特征、便于结构安全评价和损伤定位。因此，沉管隧道运营期间管节段应变监测显得尤为重要。

目前，大部分沉管隧道沉降变形监测及健康诊断都由水准仪完成，而少有对沉管隧道管片应变的监测。本实用新型正是基于这一现状，提出了一套采用光纤传感技术测试沉管隧道应变的系统。其原理是使光纤光栅与管片监测点产生同步应变，由此使得光栅间距产生变化，同时由于光纤光栅的光弹效应，光纤光栅的折射率发生改变，这会使得探测光的反射波长较入射波长发生变化，由此可测的监测点处的应变。本实用新型具有结构紧凑、稳定性好、灵敏度高、抗电磁干扰、环境适应能力强等优点，另外实用新型可同时对隧道多断面多点位进行监测，是一个沉管隧道变形的网状监测系统。

发明内容

本实用新型针对现有的沉管隧道应变监测上的不足，提供一种基于光纤传感的沉管隧道变形监测系统，对沉管隧道施工及后期运营过程产生变形提供高精度的实时监测。

为达成上述目的，本实用新型提供了一种沉管隧道变形监测系统，包括光纤光栅传感器组、光纤光栅解调仪和监控主机，所述光纤光栅传感器组与传输光纤连接，所述传输光纤另一端连接至光纤光栅解调仪，所述光纤光栅解调仪通过无线远端连接至监控主机，每个光纤光栅传感器组包括6个用于监测沉管隧道断面各监测点应变的光纤光栅应变传感器和1个用于温度校正的光纤光栅温度传感器，所述光纤光栅应变传感器安装于断面各监测点处，沉管隧道每个断面均安装有一个光纤光栅温度传感器；所述光纤光栅解调仪通过发出探测光经传输光纤入射至测 试区所有的光纤光栅传感器组中，由光纤光栅反射回的反射光又经光纤光栅解调仪解调，得到各传感器反射光的波长信号；监控主机通过无线远程数据传输网络与光纤光栅解调仪进行数据传输，并对数据进行处理，以得到各监测点的应变。

进一步，沉管隧道变形监测系统同时对沉管隧道多个断面进行实时监测，每个断面均安装有一组光纤光栅传感器组，包括6个光纤光栅应变传感器和1个光纤光栅温度传感器，光纤光栅传感器组与支路传输光纤相熔接，支路传输管汇集于干路总传输光纤，最后连接至光纤光栅解调仪，形成一套多断面多点位的实时监测系统。

进一步，传感器内光纤光栅采用相位掩模板刻写技术来制备。纤光栅应变传感器是由光纤光栅粘贴于敏感元件线槽内再经封装制得；纤光栅温度传感器是将光纤光栅置于传感器盒预留的小槽内，再在小槽的两端用固定胶将光纤光栅固定，待两端固定后再往小槽内填充不固化的导热膏，加盖封装制得。

进一步，各传感器与支路传输光纤相熔接，支路传输管汇集于干路总传输光纤，最后连接至光纤光栅解调仪。

进一步，光纤光栅解调仪包括：

1)钥匙电源开关：插入钥匙后顺时针旋转30度电源接通，回位后电源断开；

2)电源指示灯：系统工作时常亮；

3)系统故障指示灯：系统内部发生故障时常亮；

4)网络通信指示灯：以太网络通讯是闪烁；

5)数据采集指示灯：系统通电自检后常亮，表示可以采集数据；

6)通道指示灯：指示各通道当前工作状况；

7)八路外接光纤通道：接口类型为FC/APC，外接各种光栅传感器；

8)以太网络接口：与无线调制解调器相连，发射代码转变为无线信号传送至中央数据库；

9)继电器扩展接口：控制外围设备；

10)系统调试接口：用于对系统进行调试；

11)通讯串口：和别的设备通讯；

12)SIM卡插口：通过SIM卡将监测数据转变为发射代码

13)电源线插口：连接外接电源，给光纤光栅解调器供电。