[发明专利]一种基于光纤光栅的综合管廊健康监测系统

权利要求书

1.一种基于光纤光栅的综合管廊健康监测系统，其特征在于：包括分布式多类传感器同步采集设备，上位机连接分布式多类传感器同步采集设备；在综合管廊内相应位置分别设置用于混凝土管廊拼接缝部位裂缝监测的传感器、用于混凝土管廊沉降监测的传感器、用于混凝土管廊水平位移监测的传感器、用于自来水管道法兰裂缝监测的传感器，所述传感器均为光纤光栅传感器；

分布式多类传感器同步采集设备实时采集各传感器的数据，并发送至上位机，同时接收上位机的命令进行相应的数据采集，实现综合管廊的混凝土管廊拼接缝部位裂缝监测、混凝土管廊沉降监测、混凝土管廊水平位移监测、自来水管道法兰裂缝监测。

2.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的综合管廊健康监测系统，其特征在于：所述分布式多类传感器同步采集设备包括可编程逻辑门阵列FPGA，FPGA连接加速度模块、电压模块、电流模块、数字I/O模块、RS485通信模块，实时控制器连接FPGA和上位机；

FPGA分别采集各传感器输出的加速度、电压、电流和数字I/O信号，进行分析处理，将采集或分析处理后的数据经写入FIFO数据缓冲器中；实时控制器通过FIFO读取FPGA传输来的数据，读取并实时处理时钟同步信号和绝对时间戳以实现设备间同步采集，按照数据类型在内存中建立缓存池，实时的以“先入先出”机制将采集或分析处理后的数据通过TCP/IP协议发送至上位机，接收上位机命令并通过FPGA控制数据采集参数；上位机实现人机界面的交互，显示并存储实时采样数据，通过逻辑命令控制设备的数据采集参数。

3.如权利要求2所述的一种基于光纤光栅的综合管廊健康监测系统，其特征在于：系统采用24小时不间断连续自动存储方式，当日期变化时，便建立新的数据文件，所有存储触发都由系统自动识别完成；

系统为数据存储路径做了特别设计，除用户指定的基本存储路径外，系统还按年-月-日-系统时间的顺序逐级建立子目录，保证文件不会被覆盖和重名，同时也方便用户在海量数据文件中调用需要的文件；

针对电流、电压及位移传感器，采集频率为1赫兹，采用24小时不间断数据存储；针对加速度传感器，采用触发式数据存储方式：即预先设定一个对结构有意义的预值，如果超过预值，立即存储，如果低于预值，便挂起存储进程。

4.如权利要求2所述的一种基于光纤光栅的综合管廊健康监测系统，其特征在于：上位机对所采集的数据进行分析处理，形成可视化的图表，在人机界面上形象地反应综合管廊的结构安全状态；同时系统每天以E-mail电子邮件的方式自动发送生成的报表文件，实现高度自动化的实时监测；

上位机的人机界面通过三维模型动态显示目前结构的健康安全状态，通过颜色的深浅变化来反映关键部位的运行状态；

上位机的人机界面上还配置多个结构安全指示灯，当综合管廊结构某一部位发生危险时，该指示灯显示为红色，表示结构处于危险状态，需要启动相应的应急预案；同时通过手机短信和E-mail电子邮件的方式发送报警信息，保证重要报警信息的及时性。

5.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的综合管廊健康监测系统，其特征在于：混凝土管廊拼接缝部位裂缝监测时，采用低温敏型光纤光栅应变传感器，跨接布置在拼接缝处两侧的混凝土管廊上，通过采集拼接缝处的应变，判断拼接缝处是否出现纵向裂缝。

6.如权利要求5所述的一种基于光纤光栅的综合管廊健康监测系统，其特征在于：所述混凝土管廊的每一断面布置8个低温敏型光纤光栅应变传感器，分别位于矩形断面的四个顶角及四条边的中点处。

7.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的综合管廊健康监测系统，其特征在于：混凝土管廊沉降监测时，采用多台光纤光栅静力水准仪，包括：作为基准设备的基准光纤光栅静力水准仪，以及作为监测设备的监测光纤光栅静力水准仪；多台光纤光栅静力水准仪沿综合管廊走向布置，通过光纤光栅静力水准传感器实时监测管廊沉降的变化量。