CN101858803B - 地下结构力致发光色敏传感器制作和安装及其监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种为地下结构损伤过程提供可靠监测的色敏传感器，不需要外界提供能源，利用自身材料受力发光的特性，将其所受压力转化为颜色，不需要信号的处理直接快速反馈结构安全状态。对于需要进行结构预警的监测区域，将在传感器上安装附加的数据采集单元，监测系统将采集的信号准确、实时地以无线的方式传输到进入地下结构中的所有人和机械设备上，同时也将信号传输到控制中心，为地下结构生命全周期监测和地下工程先进施工技术，提供重要的现场结构信息。本发明的技术方案分为压力色敏传感器及制作技术、压力色敏传感器安装技术和压力色敏传感器监测系统三大部分。

Description

地下结构力致发光色敏传感器制作和安装及其监测系统

技术领域

本发明属于传感器开发与应用技术领域，尤其涉及一种对大型地下建筑结构损伤发展状况进行实时监测的色敏传感器制作、安装工艺和监测系统。

背景技术

地下建筑结构独特的抗灾能力，使得地下结构日益成为合理利用土地资源的重要途径；另一方面，随着时间的推移，世界各国早期修建的地铁、地下仓库、大坝等大型地下岩土结构与其早期建立的监测系统逐渐到了晚年服役阶段，加上新修建的地下工程和开发的新型地下施工技术，这些都急需可靠的岩土监测技术。然而目前大型地下结构损伤识别仍然靠传统的水准仪、全站仪、土压力传感器、孔隙水压力计和加速度计等传感器感知结构的变化，然后计算结构的安全性指标，由于这些传感器都是主动传感器，需要外部提供能源才能工作，而水准仪、全站仪等设备还另外需要人工操作，因此传统的岩土工程监测方法越来越不适应现代地下大型结构安全监测所需的快捷、实时监测的要求。

在监测信号处理上，传统处理模式需要对传感器采集的特征信号进行二次计算，然后再根据土体和结构有限元或者解析模型，分析判断处理结果，再进行对比，最后得出结构安全性态，因此大型地下结构传统的安全监测数据处理系统庞大，对传感器和数据采集设备的要求很高，数据采集系统复杂，这些使得监测系统的可靠性、冗余性、耐久性和可维护性指标都差强人意，尤其是岩土变形的复杂预测计算，如kalman滤波预测法、神经网络岩土位移预测、随机子空间法、时间序列法、小波分析等信号处理方法以及后期进行的岩土三维计算对比和预测，进一步使岩土监测的实时性受到很大的干扰甚至劣化，监测结果不能及时提供给进入地下建筑结构中的人和各种机械设备，从而使地下结构监测失去真正的监测意义。

另外，在地震、爆炸等各种灾害中，发生频率最高的次生灾害就是停电，而断电后导致各种监测仪器设备不能工作，这将极大地阻碍结构评估和后期救援。因此降低监测系统对外界电源的依赖，开发被动感知技术，已成为国际上新型监测系统健壮性的重要标志。

鉴于国内外岩土工程监测技术发展现状，目前急需发展被动不需要外界能源，或者对外界能源依存度很低的地下结构新型传感器，以及基于此的地下结构安全监测新型实时数据处理传输和预警系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够为地下结构损伤过程提供可靠的监测传感器，该传感器不需要外界提供能源，利用自身材料受力发光的特性，将其所受压力转化为颜色，不需要信号的处理直接快速反馈结构安全状态。对于需要进行结构预警的监测区域，将在传感器上安装附加的数据采集单元，监测系统将采集的信号准确、实时地以无线的方式传输到进入地下结构中的所有人和机械设备上，同时也将信号传输到控制中心，为地下结构生命全周期监测和地下工程先进施工技术，提供重要的现场结构信息，为保证大型地下复杂结构在施工和服役期内的安全，提供可靠的理论和实践验证数据。

本发明是这样实现的：其技术结构分为压力色敏传感器及制作技术、压力色敏传感器安装技术和压力色敏传感器监测系统三大部分，下面分别对其技术特点进行阐述。

一、压力色敏传感器及制作

1、压力色敏传感器结构

压力色敏传感器结构为一圆柱形结构和底部一凸出的柱帽组成。圆柱形的顶部为透光性较好的钢化玻璃，圆柱形柱体外层为压力色敏传感器的保护层外壳，该外壳由镀铬钢片组成，它有较好的强度，保护内部色敏薄膜在横向受力后不变形；圆柱钢片内部为色敏薄膜，薄膜外面包有一层黑色绝缘塑料管，该塑料管能够减少色敏薄膜的漏光及不受外界电磁场的干扰，同时也能对色敏薄膜进行防水，黑色绝缘塑料管及其包的色敏薄膜伸出钢片外壳下端形成传感器凸出的柱帽，它是传感器中色敏薄膜接受传力杆传来压力的地方，通过这个柱帽，传感器感知压力。

传感器下部为传力杆，它由其上端板和下端板以及中间至少3个支撑杆组成。通过调节中间支撑杆的长度，可以将色敏薄膜和测点紧密连接起来，从而使传感器柱帽与测点耦合良好。

另外，作为预警用的传感器需要和POINT连接以进行数据采集，在压力色敏传感器上设有数据接收端口。

2、压力色敏传感器制作工艺

第一步：色敏传感器基材选择

选择制作色敏薄膜的无机异构体和参晶缓色辅助基材，根据传感器对色敏度的要求，首先确定无机异构体微胶囊尺寸，测定该基材中有机大分子团的分布，根据对分子团受压后跃迁能量的计算，判断基材是否满足传感器色敏度的要求。

第二步：色敏薄膜制作

色敏基材确定后，根据传感器尺寸大小，制作在压力作用下自发光的色敏薄膜，将色敏基材放入坩锅内，在融化温度内(400度-1200度)，分3个阶段分别加入SrTiO3、激活剂和助溶剂材料进行调制、组合，冷却后将形成的薄膜粗材进行碾压成规格薄膜。这种薄膜即可在压力的作用下改变自身的颜色，而不需要外界提供能源。

第三步：传感器封装

将检测合格的色敏薄膜按设计发光要求做成不同灵敏度的受压发光体，在其外面用防锈能力较好的镀铬钢片作为传感器的保护层，传感器的底部为受压面，受压面上连接有可调节长度的传力杆，通过传力杆可以让传感器感知远处土体中的压力。为了保证传感器的耐久性，本发明设计了传感器的封装技术，其主要完成以下工艺：(i)传感器防水处理；(ii)传感器光路设计；(iii)传感器压力接触面传力装置设计；最后根据传感器使用环境，进行传感器封装工艺现场检测。

第四步：传感器标定

该步骤主要对压力色敏传感器的发光灵敏度、光谱分布、产光率、综合耐久性等指标进行检验，并进行基于传感器标称灵敏度的技术参数标定，完成色敏传感器的成型制作。

二、压力色敏传感器安装技术

压力色敏传感器现场安装技术是本发明技术的关键内容之一。通过合理的安装步骤，才能够保证传感器有效获取地下结构的应力变化，正确感知地下结构的位移发展，该技术包含如下几项内容：

第一步：传感器测点的选择

确定地下结构监测最佳测点的位置和数量。根据具体的地下结构受力状态，首先分析计算出具有代表性的所有监测点，然后根据传感器埋设和维修的约束条件，再结合监测规范、规程，得出结构监测的合理测点，最后通过现场校验对比，测试并验证所选测点的正确性。

第二步：传感器传力杆的定位

根据监测对象赋存空间，选择传感器埋设坐标；设计传感器传力装置中耦合传力杆的长度和端部伸入土体中的长度，保证压力色敏薄膜与被监测体形成有效接合，使色敏传感器发出的颜色真实反应监测对象的应力状况。

第三步：传感器检验和标定

传感器安装之后的校验工作由此项技术完成。此项技术提供传感器工作参数的现场测试方法，首先确定传感器的有效工作状态，然后根据传感器工作环境和可见度，完成传感器初始输出颜色信号的调试和标定。对完成标定的传感器，需要将测试标定监测对象相关信息以GIS形式存入数据采集系统DSP的EPPROM内存片中，完成压力色敏传感器信息初始化工作。

三、压力色敏传感器监测系统

该系统主要为地下工程结构安全预警与管理而专门开发的一套功能软件。尽管压力色敏传感器可以通过颜色直接对监测结构的危险状态进行报警，但对于需要预警的监测区域，则需要对结构信号进行基于模型处理后的传输与信息发布，对分布于地下结构各个关键部位的传感器，进行信号采集传输、发布等管理，是压力色敏传感器监测系统的重要组成，该功能由以下内容组成：

第一步：压力色敏信号采集与无线传输

监测系统数采部分由数个POINT模块组成。在每个POINT模块内有数十到数百个测点，每个测点由独立的AD/DA器件将颜色信号转化为数字信号；在POINT模块内，设置了测点位置信息描述的GIS信号存储器，该GIS信号和传感器颜色信号一起由POINT内的无线发射模块发射到无线CAN总线的无线接收端内，再由无线CAN总线发射器传输至结构安全管理中心。

第二步：监测信号有效性判断和信号处理

该步是结构预警计算的主要内容。它主要执行两个方面的任务，第一个任务是当监测系统采集完数据后，对所采集的数据进行分析，判断采集数据的有效性，诊断传感器的自身状态，对采集系统进行自维护；第二个任务是对监测数据进行计算，判断监测点是否处于危险状态。

第三步：监测信号网络发布

本发明开发了通用性较高的网络数据库发布系统，该系统将监测点的颜色监测信息、监测点的预警信息和各个测点的GIS信息组合在一起，同步向Internet网络和地下结构管理专用物流网络发布，实时播报结构安全信息。

本发明的优点在于：(1)在线提取大型地下建筑结构(如大型隧道、城市地铁、地下仓储、坝体、海工水下结构、LNG地下罐体、高等级公路路基等地下工程)的损伤状况，跟踪并预测结构关键部位的安全状态，迅速确定结构损伤位置，最大限度防止恶性事故发生；(2)由于大型地下结构理论计算带有经验性，服役环境荷载比较复杂，理论计算往往隐含了地下掩蔽体结构的可再生缺陷，大型地下结构的服役环境一旦满足了该缺陷发生的条件，将导致灾难性后果。因此大型地下复杂结构监测技术是岩土工程理论计算的重要现场验证手段，也是保证结构在理论计算环境下正常完成其实际环境工作不可或缺的关键技术。本发明的压力色敏传感器能够以颜色直接反馈结构应力，监测表达简单明了，具有很强的实时性和可观性，同时传感器还设计有无线采集与传输系统，监测信号具有很强的可控性。该发明专利不仅能够为地下结构的安全提供准确的实时性态参数，还能够随着传感器使用时间的增加，不断完善地下结构计算模型和结构劣变规律，通过压力色敏传感器信号的积累，预测未来一段时间内地下结构安全的动态发展趋势；(3)基于压力色敏传感器的监测系统，具备集散控制和近程即刻报警功能，与地下结构管理的物流网联合，能够实现结构安全信号的迅捷传达、信息透明和共享；(4)由于监测系统的开放性，监测系统计算模型具有很好的可维护性和健壮性，从而保证了各种不同土体环境下大型地下复杂结构在服役期内危险状况分析与计算的定制特点，以准确获取与评估被监测对象。

附图说明

图1是压力色敏传感器结构图

图2是压力色敏传感器制作工艺流程图

图3是传感器安装工艺流程图

图4是数据采集与无线传输程序框图

图5是测点数据有效性判断程序框图

图6是数据处理系统程序框图

图7是监测信号与预警信息发布程序框图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更详细的描述：

大型地下结构损伤状况实时识别的压力色敏传感器及其监测系统技术主要由(A)压力色敏传感器制作；(B)压力色敏传感器安装工艺；(C)包括信号传输与后处理的压力色敏传感器监测系统三部分组成，下面结合附图进行详细阐述。

(A)压力色敏传感器及制作

1、压力色敏传感器

压力色敏传感器结构分为上下两部分，上部分为主体结构，它为一圆柱形结构和底部一凸出的柱帽组成。圆柱形的顶部1为透光性较好的钢化玻璃，圆柱形柱体外层为压力色敏传感器的保护层外壳2，该外壳由镀铬钢片组成，它有较好的强度，能够保护内部色敏薄膜在横向受力后不变形；圆柱钢片内部为色敏薄膜5，薄膜外面包有一层黑色绝缘塑料管3，该塑料管能够减少色敏薄膜的漏光并保护色敏薄膜不受外界电磁场的干扰，同时也能对色敏薄膜进行防水，黑色绝缘塑料管3及其包的色敏薄膜5伸出钢片外壳2下端形成传感器凸出的柱帽，它是传感器中色敏薄膜接受传立杆7传来压力的地方，通过这个柱帽，传感器感知压力。

传感器下部为传力杆7，它由上端板6和下端板8以及中间3个支撑杆7组成。支撑杆为空心镀铬钢管，上下端板为镀锌钢板，通过调节中间立杆的长度，可以将色敏薄膜和测点紧密连接起来，从而使传感器柱帽与测点耦合良好。

另外，作为预警用的传感器需要和POINT和连接以进行数据采集，在压力色敏传感器1上设有数据接收端口4。

以上压力色敏传感器的结构如图1所示

2、压力色敏传感器制作工艺

(1)选用色敏基材

本发明采用无机噻吩类衍生物和单晶SrTiO3材料作为制作传感器的色敏基质，对选定的每种无机噻吩衍生物，首先测定其聚合物内微胶囊中大分子团的形态和数量，然后计算该材料的原子团受压后理论的跃迁能量，检查基材的受压发光能力是否满足传感器制备的要求。

(2)色敏薄膜制作

根据传感器尺寸大小，设计薄膜制作加工所需耐火材料专用坩埚尺寸，设定材料加热温度范围，在最佳摄氏940度温度环境下，5分钟后基材开始全部融化，在15分钟、32分钟和48分钟三个时间间隔阶段内，分别依次加入SrTiO3、激活剂和助溶剂材料与融化的材料进行调制和组合，冷却后将形成的薄膜粗材进行碾压成规格薄膜。这种薄膜即可在压力的作用下改变自身的颜色，而不需要外界提供能源。

(3)色敏薄膜增敏

根据传感器发光颜色要求，在冷却过程中逐步添加铝酸锶敏化剂，加强色敏传感器发光效果。

(4)传感器封装

根据压力色敏传感器环境使用要求，用防锈能力较好的镀铬钢片设计传感器外围圆柱体保护层，传感器顶部用透光性较好的钢化玻璃，传感器底部为传力杆钢制扩大圆形端部，接缝部位采用真空焊接，然后打磨，以形成足够的传感器周身强度和顶部的透明度；

(5)传感器耐久性处理

为了保证传感器的耐久性，需要对传感器各个接缝和引线接口做传感器的防水、防腐和防振等耐久性处理。

(6)传感器压力传递装置设计

根据不同监测情况，设计压力色敏传感器压力传递装置中传力杆的长度、传力杆圆形端部的强度和构造措施，保证色敏材料与监测物的充分耦合。

(7)传感器标定和检验

为了保证压力色敏传感器的工作指标，需要对传感器的电气参数、灵敏度和光谱分布、产光率、综合耐久性等指标进行检验，并进行基于传感器标称灵敏度的技术参数标定，完成色敏传感器的成型制作。以上过程如图2所示。

(8)传感器附加部分

数采AD/DA设计，该部分是针对有地下结构集散控制中心的预警要求以及无线近程即刻报警功能监测区域的传感器专门设计的。

(B)压力色敏传感器安装工艺

(1)地下结构监测测点选择

地下工程监测测点选择主要根据岩土模型理论计算确定监测区域中最有代表性的监测点。本发明计算软件中包含地下结构土体的弹塑性E-B模型、岩土体孔隙水压力计算模型、多孔介质修正Biot计算模型和支护结构应力应变计算模型。由于土体本构模型的复杂性和不确定性，以及支护结构的多样性，本发明中提供的测点选择计算模型主要是指导用户根据压力色敏传感器的特点，如何结合岩土计算模型选择地下结构最优测点。测点计算理论模型是开放的，不同土体可以输入不同计算模型，得到不同的测点集，同时计算模型接口是标准的，不同用户可以自定义测点计算选择方法，完成各种特殊环境下监测任务的测点选择工作，从而使选择的测点具有可观性和可控性。

(2)压力色敏传感器传力杆埋设深度确定

此项技术提供如何在地下结构中正确安装压力色敏传感器。压力色敏传感器主要安装在地下工程中的支护结构和岩土体中，为了让色敏传感器底部受压面和监测点紧密结合，需要调整压力色敏传感器的传力杆位置，确定传力杆端部圆盘尺寸，设计传力杆孔洞回填材料和工艺，以确保色敏传感器受力正确。

(3)压力色敏传感器现场颜色调试

传感器安装完毕后，为了使传感器具有较好的压力发光效果，根据光谱仪测试的监测现场光谱分布，调整传感器传力杆端部的预紧力，使传感器在压力安全状态和危险状态的颜色有明显的区别，并按照要求设计出光感效果最好的发光颜色，然后锁止预加力装置，做好传感器报警初始颜色的记录。

(4)压力色敏传感器现场标定

传感器现场标定是传感器自身状态诊断的初始依据。实验室标定完的传感器，在现场安装调试完后，必须进行二次标定。该步技术首先用标准压力传感器计算测点土压力，然后用光谱仪分析传感器的发光光谱，测试传感器的灵敏度和颜色变化跃迁时间及稳定系数，最后检验传感器抗冲击和耐水压力能力。另外，对于有数据采集附加装置的测点，需要按照数据采集的国家标准，对采集装置的各项电气化和物理化学指标进行标定。只有上述标定工作合格的传感器才能进入测点组网和数据传输。

(5)监测点GIS信息生成

对完成标定的传感器，需要将测试标定人员信息(姓名、工号)以及传感器的工程位置信息、传感器测试标定结果和传感器监测对象信息以6IS形式存入数据采集系统DSP的EPPROM内存片中，完成压力色敏传感器信息初始化工作。上述过程如图3所示。

(C)压力色敏传感器监测系统

为了完成对某个监测点或者监测区域的预警功能，监测系统不能直接根据压力色敏传感器的颜色信号进行预警，因为对正常的结构，传感器发出的颜色一直不变，对于性态变坏但并没有超过限值的监测点，传感器发出的颜色从表上面看并没有多大的变化，或者说人眼不能做出正确的分辨，此时必须从光谱上进行分析，通过计算确定监测点结构劣变的程度，并借助模型推断结构最终破坏的时间，并及时做出预警和维修决策。为了满足上述功能，同时考虑到地下结构一般比较大、基础埋深比一般建筑物要深，监测系统数据采集与传输采用无线方式，然后经过数据判断和处理，最后将监测计算结果发布到网络上，其具体的技术处理过程如下。

(1)压力色敏传感器分区采集

为了提高采集效率和监测系统本身的健壮性，压力色敏传感器监测系统采用了分区测点数据采集技术。该技术将全部测点分成几个采集区域，每个区域集中采集，然后再汇合到一起向监控中心传输。这种数据采集技术称为“POINT”方法，每个POINT能够采集数百个测点。这种采集方法非常适合地下结构的安全监测。

本发明中POINT数采系统功能设计为：首先是传感器的AD/DA数据采集装置，这部分装置直接安装在压力色敏传感器的数据线上，它负责数据的直接采集；然后是POINT的数据收集模块，该模块利用无线的方式将AD/DA的数据进行汇集、然后在POINT内进行暂存并处理，最后以无线的方式向无线CAN总线进行发射。

(2)无线CAN总线数据传输

POINT收集处理完数据后，用无线的方式向CAN总线进行发送。无线CAN总线是目前较为稳定的数据传输控制方法，在本发明中，压力色敏传感器监测系统采用了无线CAN总线技术，用来接收POINT用无线发射器传来的监测数据。本专利中无线CAN总线设计了如下技术特点：

(i)无线CAN总线具备两个无线发射模块，一个负责向控制中心传输信号；另外一个负责向蓝牙等标准无线接收器进行群发。这样可以使拥有蓝牙等标准无线接收装备的人或者设备接收结构预警信号。

(ii)无线CAN总线具备大容量数据发射功能。能够以图形、图像和声音的方式同步发射预警信号，其发送协议满足TD-SCDMA第三代高速数据传输的蜂窝移动通讯技术(3G)，传输信号不仅具有监测点的预警信息，同时还携带了监测点和传感器自身的各种GIS信息，从而使结构险情信息满足于不同层次的需要。

(iii)本发明提供的POINT采集系统根据监测数目的规模进行了分级，对于大型监测规模(测点数大于1500个，POINT模块大于10个)，系统逻辑结构为POINT上下位机模式，上位机将AD/DA融于一块DSP芯片中，下位机由双无线CAN总线进行数据接收；对于小规模监测(测点数小于500，POINT模块小于3个)，由多AD/DA直接采集并由一个无线CAN总线系统驱动传输。这种分级处理的的无线CAN总线系统大大简化了数据采集、传输所需要的硬件设备，提高了数采系统抵抗恶劣环境的能力，特别是地下结构在施工过程中的监测灵活性。

(iv)本发明中的数据采集端口和传输协议完全自主开发。POINT模块间的连接由LabVIEW模块与C语言开发的协议数据链路层和数据网络层完成；无线CAN总线数据会话层和表示层以及向Internet网络提供数据库的应用层采用Linuxs嵌入式软件开发完成，这种体系可以保证数采可控、平稳地传输至接收设备上。

本发明提供的这套技术，完全符合国际电子电工信号集散控制的全部协议要求，具有很强的通用性。

上述技术原理如图4所示。

(3)监测系统信号有效性判断与处理方法

结构损伤状态预测的核心是结构损伤计算。本发明提供的监测系统预警功能包含了对监测信号的处理过程，为了提高信号处理效率，保证监测系统本身的健壮性，信号处理过程在POINT模块内由嵌入式C语言程序完成，无线CAN总线只负责信号的传输和管理。预警系统的信号处理包含监测系统测点信号有效性分析和测点土压力计算两个内容，下面分别对其进行说明。

(i)测点有效性判断

测点数据在POINT接收后即刻进行其有效性分析，其主要功能是对监测系统测点自身进行验证。当监测系统受到较大破坏或耐久性耗尽时，监测系统测点有效性程序断能够自动对所采数据的有效性进行验证，该功能也是监测系统“POINT+CAN”无线网络自诊断的主要部分，它构成了监测系统信号预处理计算的核心内容。它首先进行测点的灵敏度分析，然后计算测点输出信号的幅值，再对输出颜色光谱进行对比，结合传感器传力杆的位置判断，最后得出测点的整体质量并给出测点的有效性，其过程如图5所示。

(ii)测点信号处理

信号处理系统由LabWindows编制的独立计算程序完成。该系统功能主要包含对POINT内的测点信息进行结构损伤的计算与分类，模块中嵌入了岩土结构3个弹性、4个弹塑形土体损伤计算模型，其它岩土结构损伤模型也可以放入该系统标准接口中，参与多模型的POINT监测区域结构劣化预测。该系统计算模块首先调用理论计算模型，对监测点进行土压力首次计算，获得土压力理论计算初值，然后对理论值进行基于监测值的多次修正，得到土压力参考真值，将该真值作为报警的模板值，并将该值放入土压力损伤模板库内，然后用此值与后期监测值进行比较，如果监测计算值大于模板值，则压力色敏传感器已经通过颜色的改变进行报警；如果监测值小于理论值，则处理系统将根据某一时刻土压力，计算判断基础结构的位移并与理论模板比较，最后得到监测区域内的损伤预测报警结论，该过程如图6所示。

(iii)监测信号与预警信息发布

为了将监测数据与预警信号及时高效地向各个媒体发布，压力色敏传感器监测系统开发了基于Mac和Windows OS的网络数据库发布系统，该网络数据应用层以嵌入式Linux Redmap系统为基础，开发了目前流行的Mac-Safari网页即时发布软件，其对应网页浏览器可以和现有的IE、Firefox、Chrome等主流网络浏览器快速连接，从而保证了压力色敏传感器监测系统中各个POINT信息能够以以Ma-Safari网络数据库为载体进行发布，并和Internet物流网进行充分的信息融合，保证监测系统获得的监测数据和结论能够方便、快捷和稳定地传输给各种电子媒体，具体过程如图7所示。

Claims (14)

1.一种地下结构力致发光色敏传感器，其特征是：色敏传感器结构为一圆柱形结构和底部有一凸出的柱帽组成，圆柱形的顶部为透光性较好的钢化玻璃，圆柱形柱体外层为色敏传感器的保护层外壳，该外壳由镀铬钢片组成，保护内部色敏薄膜在横向受力后不变形；圆柱钢片内部为色敏薄膜，薄膜外面包有一层黑色绝缘塑料管，该塑料管能够减少色敏薄膜的漏光及不受外界电磁场的干扰，同时也能防水，黑色绝缘塑料管及其包的色敏薄膜伸出钢片外壳下端形成传感器凸出的柱帽，它使传感器中色敏薄膜接受传力杆传来的压力；

传感器下部为传力杆，它由其上端板和下端板以及中间至少3个支撑杆组成，通过调节中间支撑杆的长度，可以将色敏薄膜和测点紧密连接起来，从而使传感器柱帽与测点耦合良好。

2.根据权利要求1所述的色敏传感器，其特征是：在色敏传感器上设有数据接收端口。

3.一种地下结构力致发光色敏传感器制作方法，其特征是：该色敏传感器制作工艺如下：

第一步：色敏传感器基材选择

选择制作色敏薄膜的无机异构体和参晶缓色辅助基材，根据传感器对色敏度的要求确定无机异构体微胶囊尺寸，测定该基材中有机大分子团的分布，根据对分子团受压后跃迁能量的计算，判断基材是否满足传感器色敏度的要求；

第二步：色敏薄膜制作

色敏基材确定后，根据传感器尺寸大小，制作在压力作用下自发光的色敏薄膜，将色敏基材放入坩锅内，在融化温度400度-1200度内，分3个阶段分别加入SrTiO₃、激活剂和助溶剂材料进行调制、组合，冷却后将形成的薄膜粗材进行碾压成规格薄膜；这种薄膜即可在压力的作用下改变自身的颜色，而不需要外界提供能源；

第三步：色敏传感器封装

将检测合格的色敏薄膜按设计发光要求做成不同灵敏度的受压发光体，在其外面用防锈能力较好的镀铬钢片作为传感器的保护层，传感器的底部受压面上连接有可调节长度的传力杆，通过传力杆可以让传感器感知远处土体中的压力；为了保证传感器的耐久性，设计了传感器的封装技术，其主要有以下工艺：(i)传感器防水处理；(ii)传感器光路设计；(iii)传感器压力接触面传力装置设计；最后根据传感器使用环境，进行传感器封装工艺现场检测；

第四步：色敏传感器标定

对色敏传感器的发光灵敏度、光谱分布、产光率、综合耐久性等指标进行检验，并进行基于传感器标称灵敏度的技术参数标定，完成色敏传感器的成型制作。

4.根据权利要求3所述的色敏传感器制作方法，其特征是：所述的第一步中，制作传感器色敏薄膜的无机异构体和参晶缓色辅助基材，为无机噻吩衍生物聚合物和单晶SrTiO₃材料。

5.根据权利要求3所述的色敏传感器制作方法，其特征是：所述的第二步，在色敏薄膜制作中，根据发光颜色的要求，在冷却工艺过程中逐步添加铝酸锶敏化剂，加强色敏传感器发光效果。

6.根据权利要求3所述的色敏传感器制作方法，其特征是：所述的第二步，在色敏薄膜制作中，在摄氏940度温度环境下，5分钟后基材开始全部融化，在15分钟、32分钟和48分钟三个时间间隔阶段内，分别依次加入SrTiO₃、激活剂和助溶剂材料与融化的材料进行调制和组合，冷却后将形成的薄膜粗材进行碾压成规格薄膜。

7.一种如权利要求1所述的地下结构力致发光色敏传感器安装工艺，其特征是：该色敏传感器安装工艺步骤如下：

第一步：传感器测点的选择

根据具体的地下结构受力状态，分析计算出具有代表性的所有监测点，根据传感器埋设和维修的约束条件，结合监测规范、规程，得出结构监测的合理测点，最后通过现场校验对比，测试并验证所选测点的正确性；

第二步：传感器传力杆的定位

根据监测对象赋存空间，选择传感器埋设坐标；设计传感器传力装置中耦合传力杆的长度和端部伸入土体中的长度，保证压力色敏薄膜与被监测体形成有效接合，使色敏传感器发出的颜色真实反应监测对象的应力状况；

第三步：传感器检验和标定

确定传感器的有效工作状态，然后根据传感器工作环境和可见度，完成传感器初始输出颜色信号的调试和标定，对完成标定的传感器，需要将测试标定监测对象相关信息以GIS形式存入数据采集系统DSP的EPPROM内存片中，完成色敏传感器信息初始化工作。

8.根据权利要求7所述的传感器安装工艺，其特征是：所述的第一步传感器测点的选择，其运用的分析计算的软件中包含地下结构土体的弹塑性E-B模型、岩土体孔隙水压力计算模型、多孔介质修正Biot计算模型和支护结构应力应变计算模型；测点计算理论模型是开放的，不同土体可以输入不同计算模型，得到不同的测点集，同时计算模型接口是标准的，不同用户可以自定义测点计算选择方法，完成各种特殊环境下监测任务的测点选择工作，从而使选择的测点具有可观性和可控性。

9.根据权利要求7所述的传感器安装工艺，其特征是：所述的传感器安装工艺第三步包括色敏传感器现场进行二次标定；首先用标准压力传感器计算测点土压力，然后用光谱仪分析传感器的发光光谱，测试传感器的灵敏度和颜色变化跃迁时间及稳定系数，最后检验传感器抗冲击和耐水压力能力；对于有数据采集附加装置的测点，需要按照数据采集的国家标准，对采集装置的各项电气化和物理化学指标进行标定。

10.一种如权利要求1所述的地下结构力致发光色敏传感器监测系统，其特征是：该色敏传感器监测系统由以下部分构成：

第一步：压力色敏信号采集与无线传输

监测系统数采部分由数个POINT模块组成，在每个POINT模块内有数十到数百个测点，每个测点由独立的AD/DA器件将颜色信号转化为数字信号；在POINT模块内，设置了测点位置信息描述的GIS信号存储器，该GIS信号和传感器颜色信号一起由POINT模块内的无线发射模块发射到无线CAN总线的无线接收端内，再由无线CAN总线发射器传输至结构安全管理中心；

第二步：监测信号有效性判断和信号处理

该步是结构预警计算的主要内容，执行两个方面的任务，第一是当监测系统采集完数据后，对所采集的数据进行分析，判断采集数据的有效性，诊断传感器的自身状态，对采集系统进行自维护；第二是对监测数据进行计算，判断监测点是否处于危险状态；

第三步：监测信号网络发布

该监测信号网络发布系统将监测点的颜色监测信息、监测点的预警信息和各个测点的GIS信息组合在一起，同步向Internet网络和地下结构管理专用物流网络发布，实时播报结构安全信息。

11.根据权利要求10所述的色敏传感器监测系统，其特征是：所述的第一步压力色敏信号采集与无线传输中其无线CAN总线具备两个无线发射模块，一个负责向控制中心传输信号；另外一个负责向蓝牙标准无线接收器进行群发。

12.根据权利要求10所述的色敏传感器监测系统，其特征是：所述的第一步中POINT模块间的连接由LabVIEW模块与C语言开发的协议数据链路层和数据网络层完成；无线CAN总线数据会话层和表示层以及向Internet网络提供数据库的应用层采用Linuxs嵌入式软件开发完成，这种体系可以保证数采可控、平稳地传输至接收设备上。

13.根据权利要求10所述的色敏传感器监测系统，其特征是：所述的第二步中测点数据有效性判断，主要是对监测系统测点自身进行验证，该功能也是监测系统“POINT+CAN”无线网络自诊断的主要部分，它首先进行测点的灵敏度分析，然后计算测点输出信号的幅值，再对输出颜色光谱进行对比，结合传感器传力杆的位置判断，最后得出测点的整体质量并给出测点的有效性。

14.根据权利要求10所述的色敏传感器监测系统，其特征是：所述的第二步中测点信号处理，该系统功能主要包含对POINT模块内的测点信息进行结构损伤的计算与分类，模块中嵌入了岩土结构3个弹性、4个弹塑形土体损伤计算模型，其它岩土结构损伤模型也放入该系统标准接口中，参与多模型的POINT监测区域结构劣化预测。

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