CN107830890A - 一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统 - Google Patents

一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统 Download PDF

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李育良
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刘超
向南
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    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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Abstract

本发明公开了一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统，包括结构类的光纤传感器、环境类的光纤传感器、光纤温度应变测量系统、光纤火灾探测系统、光纤交换机和云端服务器，所述光纤传感器和环境类的光纤传感器分别通过光纤连接有光纤解调仪，且光纤解调仪、光纤温度应变测量系统和光纤火灾探测系统均通过光纤与光纤交换机的信号输入端连接，且光纤交换机与云端服务器通过光纤连接。本发明通过光纤进行信号传输不受电磁干扰，使用寿命长、监测全面且施工方便，并且采用智能化管理，操作方便。

Description

一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统
技术领域
本发明涉及安全监测系统技术领域，尤其涉及一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统。
背景技术
随着我国社会的进步和经济的发展，我国的隧道建设日新月异。越来越多的隧道工程如铁路隧道，公路隧道，海底隧道等投入运行，极大地改善了城市及周边区域的交通状况。隧道通车量大，运营条件复杂，影响因素众多，在结构方面，隧道变形、沉降、开裂、渗漏水等问题日益突出，在环境方面，高温、积水、火灾等问题日益突出，因此，为确保隧道在其运营期内的安全，同时要保证隧道结构在设计基准期内始终处于安全、可靠、受控的状态之下，十分有必要开展隧道工程的长期健康监测。
光纤传感网本身具备的耐腐蚀、不受电磁干扰、使用寿命长的优点使其成为建筑物结构健康监测的理想手段，特别是对城市地下工程的监测。目前国内外提出的利用光纤传感网进行隧道监测的系统多是采用监测对象比较单一的传感器实现监测，有些系统主要实现应变、温度、液位等物理量的检测，但是对于火灾没有专门的监测；还有些系统利用光纤传感网对隧道围岩二维位移进行监测，但是对于隧道上的裂纹、温度、火灾等危害则无法实施监测，监测的范围和程度都有一定的缺陷；还有些系统采用光纤瑞利和拉曼散射的方式测量隧道的应变和温度物理量，也存在监测的范围和程度有限的缺陷。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统，该系统采用环境和结构的光纤传感器作为前端传感器，采用光纤作为传感器数据采集的传输介质，解决了现有系统易受电磁干扰、使用寿命短、监测不全面的问题。
本发明提出的一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统，包括结构类的光纤传感器、环境类的光纤传感器、光纤温度应变测量系统、光纤火灾探测系统、光纤交换机和云端服务器，所述光纤传感器和环境类的光纤传感器分别通过光纤连接有光纤解调仪，且光纤解调仪、光纤温度应变测量系统和光纤火灾探测系统均通过光纤与光纤交换机的信号输入端连接，且光纤交换机与云端服务器通过光纤连接。
优选地，所述结构类的光纤传感器包括光纤裂缝传感器、光纤沉降传感器、光纤倾斜传感器、光纤压力传感器、光纤位移传感器、光纤土压计、光纤渗压计和光纤锚杆测力计，且结构类的传感器用于监测隧道的各种结构参数。
优选地，所述环境类的光纤传感器包括光纤温度传感器和光纤液位传感器，且环境类的传感器用于监测隧道的各种环境参数。
优选地，所述光纤解调仪用于解调结构类的光纤传感器和环境类的光纤传感器的数据，得到最终的测量对象的物理量。
优选地，所述光纤温度应变测量系统是利用光纤本体来测试对应位置的应变和温度，光纤温度应变测量系统可为光纤温度应变解调仪，光纤温度应变解调仪包括第一测量光纤解调仪和与第一测量光纤解调仪连接的第一探测光纤。
优选地，所述光纤火灾探测系统是利用温差原理探测火灾的发生位置，光纤火灾探测系统可为光纤火灾解调仪，且光纤火灾解调仪包括第二测量光纤解调仪和与第二测量光纤解调仪连接的第二探测光纤。
优选地，所述光纤交换机用于将光纤解调仪、光纤温度应变测量系统、光纤火灾探测系统的数据统一汇总到云端服务器，云端服务器用于安装隧道安全监测软件。
本发明的有益效果为：本发明通过光纤进行信号传输不受电磁干扰，使用寿命长、监测全面且施工方便，并且采用智能化管理，操作方便。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统的结构示意图；
图2为本发明提出的一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统的工作流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-2，一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统，实施例：如图1所示，一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统，系统包括结构类的光纤传感器、环境类的光纤传感器、光纤解调仪、光纤温度应变测量系统、光纤火灾探测系统、光纤交换机、云端服务器。
结构类的光纤传感器包括光纤裂缝传感器、光纤沉降传感器、光纤倾斜传感器、光纤压力传感器、光纤位移传感器、光纤土压计、光纤渗压计、光纤锚杆测力计，其中光纤裂缝传感器用于测量隧道表面的裂缝，光纤沉降传感器测量结构关键点的沉降，光纤倾斜传感器用于测量隧道围岩的变形，光纤压力传感器用于测量围岩压力、支护间压力，光纤位移传感器用于测量隧道周边位移，光纤土压计用于测量隧道土压力、光纤渗压计用于测量隧道渗压力、光纤锚杆测力计用于测量隧道锚杆受力。
环境类的光纤传感器包括光纤温度传感器、光纤液位传感器，环境类的传感器用于监测隧道的各种环境参数，其中光纤温度传感器用于测量隧道内部不同点的温度、光纤液位传感器用于测量隧道积水的液位；
光纤解调仪用于解调结构类和环境类光纤传感器的数据，得到最终的测量对象的物理量；
所述光纤温度应变测量系统是利用光纤本体来测试对应位置的应变和温度，包括光纤本体、光纤解调仪；
光纤火灾探测系统是利用温差原理探测火灾可能的发生位置，包括光纤本体、光纤解调仪；
光纤交换机用于把光纤解调仪、光纤温度应变测量系统、光纤火灾探测系统的数据统一汇总到云端服务器；云端服务器用于安装隧道安全监测软件，隧道安全监测软件按照一定的时间间隔通过实时采集光纤解调仪、光纤温度应变测量系统、光纤火灾探测系统的数据，获得当前隧道的结构传感器和环境传感器的实时数据，并结合历史数据根据分析算法分析数据的变化趋势，进而得到隧道的安全状态，如果有安全隐患，隧道安全监测软件会启动自动预警。传感器的实时数据和历史数据都以图表的形式显示在软件中。
如图2所示，为本发明的工作流程图，主要包括以下步骤：
如步骤S1, 隧道安全监测软件通过各种光纤解调仪获取传感器的数据；
如步骤S2，隧道安全监测软件图表化显示数据，并计算出当前的隧道安全状态；
如步骤S3，如果有安全隐患，隧道安全监测软件自动报警，如果没有就进行下一次传感器数据获取。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统，包括结构类的光纤传感器、环境类的光纤传感器、光纤温度应变测量系统、光纤火灾探测系统、光纤交换机和云端服务器，其特征在于，所述光纤传感器和环境类的光纤传感器分别通过光纤连接有光纤解调仪，且光纤解调仪、光纤温度应变测量系统和光纤火灾探测系统均通过光纤与光纤交换机的信号输入端连接，且光纤交换机与云端服务器通过光纤连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统，其特征在于，所述结构类的光纤传感器包括光纤裂缝传感器、光纤沉降传感器、光纤倾斜传感器、光纤压力传感器、光纤位移传感器、光纤土压计、光纤渗压计和光纤锚杆测力计，且结构类的传感器用于监测隧道的各种结构参数。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统，其特征在于，所述环境类的光纤传感器包括光纤温度传感器和光纤液位传感器，且环境类的传感器用于监测隧道的各种环境参数。
4.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统，其特征在于，所述光纤解调仪用于解调结构类的光纤传感器和环境类的光纤传感器的数据，得到最终的测量对象的物理量。
5.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统，其特征在于，所述光纤温度应变测量系统是利用光纤本体来测试对应位置的应变和温度，光纤温度应变测量系统可为光纤温度应变解调仪，光纤温度应变解调仪包括第一测量光纤解调仪和与第一测量光纤解调仪连接的第一探测光纤。
6.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统，其特征在于，所述光纤火灾探测系统是利用温差原理探测火灾的发生位置，光纤火灾探测系统可为光纤火灾解调仪，且光纤火灾解调仪包括第二测量光纤解调仪和与第二测量光纤解调仪连接的第二探测光纤。
7.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感器的隧道安全监测系统，其特征在于，所述光纤交换机用于将光纤解调仪、光纤温度应变测量系统、光纤火灾探测系统的数据统一汇总到云端服务器，云端服务器用于安装隧道安全监测软件。
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