[发明专利]一种基于低相干干涉技术的高精度隧道错台定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于低相干干涉技术的高精度隧道错台定位系统，其特征在于，包括：宽带光源、第一光纤光缆、第二光纤光缆、第三光纤光缆、第一耦合器、第二耦合器、三个LCI位移计、光学移动扫描平台、末端切平的光纤、信号采集和处理系统，其中三个LCI位移计中的每一个均包括LCI光纤传感器，与LCI位移计连接的光纤与LCI光纤传感器的信号臂连接，其信号臂上设置有第一耦合器并进而经第一光纤光缆与宽带光源连接，LCI光纤传感器的参考臂经第三光纤光缆与信号采集和处理系统连接，LCI光纤传感器的参考臂上设置有第二耦合器，第一耦合器与第二耦合器之间经第二光纤光缆连接，第二耦合器与末端切平的光纤连接，且LCI光纤传感器的参考臂与光学移动扫描平台上的反光镜相配合；

宽带光源发出的光沿着第一光纤光缆经过第一耦合器后到达信号臂连接的LCI位移计中，并经LCI光纤传感器后反射，经过第一耦合器后到达第二耦合器，然后分成两路，这两路光分别被末端切平的光纤以及光学移动平台上的反光镜反射，两路反射回的光在第二耦合器汇合并发生干涉，产生的低相干干涉信号由信号采集和处理系统接收；

其中，三个LCI位移计分别为LCI水平开合测缝计、LCI水平错位测缝计、LCI垂直错缝测缝计，且依次串联，

在待测管片错台处选取四个固定点，分别为固定点一、固定点二、固定点三、固定点四，每侧两个固定点关于管片接缝对称，将固定支架固定在固定点一、固定点二、固定点四三个位置上，固定点三处垂直固定LCI垂直错缝测缝计，并将铁片与LCI垂直错缝测缝计进行连接，铁片另外一端与固定点四处固定支架进行连接，固定点一处固定支架与固定点二处固定支架之间接LCI水平开合测缝计，固定点二处固定支架与LCI垂直错缝测缝计之间接LCI水平错位测缝计。

2.根据权利要求1所述的基于低相干干涉技术的高精度隧道错台定位系统，其中，LCI位移计包括套管，套管内部设置有光纤，在光纤的两端分别布置一个LCI光纤传感器，套管结构由3D打印技术制作，分为传感器部分和固定孔部分，LCI光纤传感器位于套管中轴线位置处，并预留一定长度的光纤在套管外。

3.根据权利要求2所述的基于低相干干涉技术的高精度隧道错台定位系统，其中，不同LCI位移计的套管内部设置有不同反射率的光纤。

4.根据权利要求3所述的基于低相干干涉技术的高精度隧道错台定位系统，其中，在3D打印过程中要对LCI光纤传感器进行轻微张拉，使LCI光纤传感器固定于套管内。

5.根据权利要求4所述的基于低相干干涉技术的高精度隧道错台定位系统，其中，LCI光纤传感器的信号臂采用铠装光纤光缆，由内部的裸光纤及外层包裹的PVC紧包层组成。

6.一种基于低相干干涉技术的高精度隧道错台定位方法，采用如权利要求1-5任一项所述的基于低相干干涉技术的高精度隧道错台定位系统，其特征在于，方法包括：

步骤1：采用3D打印技术打印LCI位移计并检验LCI位移计监测的可用性；

步骤2：确定:固定支架固定点的位置，对固定支架固定好后，与LCI位移计上的固定孔进行连接，LCI位移计之间通过铠装光纤进行串联；

步骤3：将连接好的LCI位移计连入该系统中；

步骤4：对LCI光纤传感器进行信号测量，对不同位置的LCI光纤传感器进行扫描，等待此时干涉信号光谱以及光程差解调结果趋于稳定，记录光程差结果；

步骤5：利用所得到的光程差结果计算LCI光纤传感器因隧道错台产生的总错台值以及计算x、y、z方向上的位移时的角度△θ_xy、△θ_yx、△θ_zx。