[发明专利]一种基于光纤光栅的综合管廊健康监测系统

说明书

本发明提供了一种基于光纤光栅的综合管廊健康监测系统，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，实现综合管廊的健康监测。本发明集传感器、计算机、通信、网络等高新技术于一体，功能强大，能真正长期用于地下综合管廊结构损伤和状态评估，满足地下综合管廊运维管理的需要。

技术领域

本发明涉及一种基于光纤光栅的智能地下综合管廊健康监测系统，属于城市地下管道综合走廊的监控管理技术领域。

背景技术

城市地下管道综合走廊，简称为“综合管廊”或“共同沟”，是指将设置在地面、地下或架空的各类公用类管线集中容纳于一体，并留有供检修人员行走通道的隧道结构。即在城市地下建造一个隧道空间，将市政、电力、通讯、燃气、给排水等各种管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、设计、建设和管理，彻底改变以往各个管道各自建设、各自管理的零乱局面。各管线需要开通时，只需通知有关负责部门，接通接口即可，既便于修理，又节省了国家的资源。

由于共同沟将各类管线均集中设置在一条隧道内，消除了通讯、电力等系统在城市上空布下的道道蛛网及地面上竖立的电线杆、高压塔等，避免了路面的反复开挖、降低了路面的维护保养费用、确保了道路交通功能的充分发挥。同时道路的附属设施集中设置于共同沟内，使得道路的地下空间得到综合利用，腾出了大量宝贵的城市地面空间，增强道路空间的有效利用，并且可以美化城市环境，创造良好的市民生活环境。综合管廊的标准断面如图1所示。

由于综合管廊通常长度较长，在具体建设过程中往往需要设置伸缩缝、沉降缝，甚至采用预制拼接方法进行施工。管廊拼接处通常为薄弱位置，在环境荷载作用下可能会出现混凝土开裂、不均匀沉降、水平错动等诸多问题。这些问题不仅会严重削弱混凝土管廊的适用性和耐久性，还会对管廊内附属的各类管道造成不良影响。因此，有必要对混凝土管廊及附属管道进行结构健康监测，确保其安全稳定运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何对综合管廊进行结构健康监测，确保其安全稳定运行。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供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。

优选地，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。