CN218381279U - 一种电缆隧道结构健康监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电缆隧道监控领域，公开了一种电缆隧道结构健康监测系统，包括工控机、光纤振动监测主机、沉降监测主机、位移监测主机、振动光纤、若干光纤光栅静力水准仪以及若干光纤光栅位移计；光纤振动监测主机与振动光纤连接；沉降监测主机与若干光纤光栅静力水准仪均连接；位移监测主机与若干光纤光栅位移计均连接；光纤振动监测主机、沉降监测主机以及位移监测主机均与工控机连接。通过振动光纤、光纤光栅静力水准仪以及光纤光栅位移计，对电缆隧道的振动、纵向沉降、裂缝及变形的实时监测，依据监测数据，能对电缆隧道的结构安全性和使用寿命进行判断和报警，方便运维人员做出维护决策，降低了电缆隧道/综合管廊服役过程中的结构风险。

Description

一种电缆隧道结构健康监测系统

技术领域

本实用新型属于电缆隧道监控领域，涉及一种电缆隧道结构健康监测系统。

背景技术

近些年，各城市内的电缆隧道的建设如火如荼。电缆隧道属于地下构筑物，具有距离长、直径大及埋深深等特点，电缆隧道部分区域甚至需要穿越河道、江道、海底、立交桥及地铁等，此种工况下，电缆隧道的在服役过程中的结构安全性和寿命的长久性就显得尤其重要，电缆隧道结构健康监测开始需求和实施。

但是，目前对于电缆隧道结构的监测，主要实现方式是人工定期巡检，高度依赖人工的方式，导致监测的效率低下，且监测成本较高。同时，人工定期巡检的方式并不是实时获取电缆隧道结构的健康状态，不能实现提前预警。

基于上述情况，有必要设计一种可靠及使用方便的监测方案，对主要影响电缆隧道结构性能的参数进行在线监测和分析处理，并能对结构性能变化时进行预警，对电缆隧道剩余寿命进行预测，及时提醒运维人员对电缆隧道进行维护，避免电缆隧道长期处于超应力及超应变下的安全隐患，降低安全风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种电缆隧道结构健康监测系统。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种电缆隧道结构健康监测系统，包括工控机、光纤振动监测主机、沉降监测主机、位移监测主机、振动光纤、若干光纤光栅静力水准仪以及若干光纤光栅位移计；光纤振动监测主机与振动光纤连接；沉降监测主机与若干光纤光栅静力水准仪均连接；位移监测主机与若干光纤光栅位移计均连接；光纤振动监测主机、沉降监测主机以及位移监测主机均与工控机连接。

可选的，所述光纤振动监测主机、沉降监测主机以及位移监测主机均通过工业级以太网环网交换机与工控机连接。

可选的，所述光纤振动监测主机通过通信光纤与振动光纤连接。

可选的，所述沉降监测主机通过通信光纤与光纤光栅静力水准仪连接。

可选的，所述位移监测主机通过通信光纤与光纤光栅位移计连接。

可选的，所述沉降监测主机与位移监测主机为同一主机。

可选的，使用状态时：振动光纤沿所述电缆隧道的内壁通长布置，并设置水泥胶覆盖；光纤光栅位移计位于所述电缆隧道的裂缝或接缝处，并通过安装底座跨接在所述裂缝或接缝的两侧；光纤光栅静力水准仪位于所述电缆隧道的内壁，通过安装底座固定在电缆隧道内壁；相邻光纤光栅静力水准仪之间通过连通管连接，且同一连通管上的光纤光栅静力水准仪位于相同水平高度；光纤振动监测主机、沉降监测主机以及位移监测主机位于所述电缆隧道的设备间；工控机位于所述电缆隧道的监控中心。

可选的，所述光纤光栅位移计按组设置且每组3只，相邻两组光纤光栅位移计之间的距离为50米；在所述电缆隧道穿越河道、地铁或立交桥的部位处，相邻光纤光栅静力水准仪之间的距离为30米，在所述电缆隧道的其余部位处，相邻光纤光栅静力水准仪之间的距离为50米。

可选的，还包括显示装置，显示装置与工控机连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型电缆隧道结构健康监测系统，通过设置振动光纤、光纤光栅静力水准仪以及光纤光栅位移计，实现电缆隧道振动、纵向沉降、裂缝、变形的实时监测，并设置光纤振动监测主机、沉降监测主机以及位移监测主机，实现各种数据的采集，进而发送至工控机进行汇总，进而可根据工控机汇总的数据实现电缆隧道结构健康的实时监测。使电缆隧道的管理更加安全、高效，有着非常重要的意义。该电缆隧道结构健康监测系统适用于所有电缆隧道、综合管廊的结构健康监测，安装方便、信号可靠且经济合理，有效的解决了电缆隧道结构变化无法实时监测，不能提前预警，难以发现的问题。通过对电缆隧道的振动、纵向沉降、裂缝及变形的实时监测，进而能对电缆隧道的结构安全性和使用寿命进行判断和报警，方便运维人员做出维护决策，极大的降低了电缆隧道/综合管廊服役过程中的结构风险。

附图说明

图1为本实用新型实施例的电缆隧道结构健康监测系统结构框图。

其中：1-电缆隧道；2-光纤光栅位移计；3-振动光纤；4-光纤光栅静力水准仪；5-连通管；6-储液桶；7-沉降监测主机；8-位移监测主机；9-光纤振动监测主机；10-结构健康监测系统平台；11-电缆隧道智能运维平台；12-多芯通信光缆；13-单芯通信光缆；14-光缆续接盒。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参见图1，本实用新型一实施例中，提供一种电缆隧道结构健康监测系统，包括工控机、光纤振动监测主机9、沉降监测主机7、位移监测主机8、振动光纤3、若干光纤光栅静力水准仪4以及若干光纤光栅位移计2；光纤振动监测主机9与振动光纤3连接；沉降监测主机7与若干光纤光栅静力水准仪4均连接；位移监测主机8与若干光纤光栅位移计2均连接；光纤振动监测主机9、沉降监测主机7以及位移监测主机8均与工控机连接。

具体的，电缆隧道1属于地下构筑物，在建设和长期使用过程中，受地质构造、地下水位以及人为等外部因素以及材料性能的退化、疲劳效应等内部因素的影响，会对电缆隧道1的结构造成不同程度的损害，如开裂、错动等，其安全性、适用性和耐久性有很大的降低。通过对损害的影响程度分析比较，本电缆隧道结构健康监测系统提出对电缆隧道1的振动、沉降以及裂缝进行在线监测。

为实现电缆隧道1的振动、沉降及裂缝的在线监测，通过比较市场上相关仪表的测量原理、测量精度、安装方式、使用寿命以及经济成本等，通过选用振动光纤3、光纤光栅静力水准仪4以及光纤光栅位移计2进行监测，通过光纤振动监测主机9、沉降监测主机7以及位移监测主机8进行数据采集，采集的数据发送至工控机进行汇总，进而可根据工控机汇总的数据实现电缆隧道1结构健康的实时监测。

其中，工控机设有多个1000MW通信接口，用来实现与光纤振动监测主机9、沉降监测主机7以及位移监测主机8之间的连接。可选的，所述光纤振动监测主机9、沉降监测主机7以及位移监测主机8均通过工业级以太网环网交换机与工控机连接。

可选的，所述光纤振动监测主机9通过通信光纤与振动光纤3连接，所述沉降监测主机7通过通信光纤与光纤光栅静力水准仪4连接。

具体的，本实用新型电缆隧道结构健康监测系统中，采用振动光纤3加光纤振动监测主机9的形式完成电缆隧道1振动的实时监测；采用光纤光栅静力水准仪4加沉降监测主机7完成电缆隧道1沉降的实时监测；采用光纤光栅位移计2加位移监测主机8完成电缆隧道1应变、伸缩缝张以及错台等的实时监测。

可选的，位移监测主机8与沉降监测主机7采用同款设备，光纤光栅静力水准仪4以及光纤光栅位移计2公用监测主机，即沉降监测主机7与位移监测主机8为同一主机。

光纤振动监测主机9、沉降监测主机7以及位移监测主机8采集的数据，通过通信光缆送至安装在电缆隧道1监控中心的工控机实现数据的汇总。

可选的，根据汇总的数据，通过人工方式实现数据的分析及处理。或者，也可以接入安装结构健康监测系统平台10，通过该结构健康监测系统平台10进行数据的分析及处理，对电缆隧道1的结构安全性和使用寿命进行判断和报警。

同时，也可以接入电缆隧道智能运维平台11，实现电缆隧道智能运维。

可选的，为实现电缆隧道1的振动、沉降及裂缝的在线准确测量，通过通用的结构分析设计软件SPA2000、盾构隧道管片结构计算与配筋软件v1.0等软件进行分析，设计出如下的安装位置及方案：

具体的，本实用新型电缆隧道结构健康监测系统使用状态时，振动光纤3安装在电缆隧道1的侧壁，沿隧道内壁通长布置，通过水泥覆盖，使振动光纤3与电缆隧道1形成整体结构，从而实现电缆隧道1振动的实时监测。

光纤光栅静力水准仪4安装在电缆隧道1的内壁，通过安装底座固定在电缆隧道1的内壁，光纤光栅静力水准仪4之间通过连通管5连接，同一连通管5上的光纤光栅静力水准仪4需要安装于同一个水平高度，普通部位处每隔50米安装一只光纤光栅静力水准仪4，穿越河道、地铁、立交桥等特殊部位处，每隔30米安装一只，光纤光栅静力水准仪4可实现电缆隧道1纵向沉降的实时监测。其中，连通管5的一端上设置储液桶6。

可选的，若干光纤光栅静力水准仪4可以通过单芯通信光缆13连接光缆续接盒14一端，光缆续接盒14另一端通过多芯通信光缆12与沉降监测主机连接。

光纤光栅位移计2安装在电缆隧道1的裂缝或接缝处，通过安装底座跨接在裂缝或接缝的两侧，光纤光栅位移计2可实现电缆隧道1的表面裂缝和变形的实时监测。

光纤振动监测主机9、沉降监测主机7和位移监测主机8安装在电缆隧道1的设备间，工控机安装在电缆隧道1的监控中心。

可选的，该电缆隧道结构健康监测系统还包括显示装置，显示装置与工控机连接。通过显示装置，如显示屏或计算机等，来显示工控机汇总的数据。

综上所述，本实用新型电缆隧道结构健康监测系统，使电缆隧道1的管理更加安全、高效，有着非常重要的意义。该电缆隧道结构健康监测系统适用于所有电缆隧道1、综合管廊的结构健康监测，安装方便、信号可靠且经济合理，有效的解决了电缆隧道1结构变化无法实时监测，不能提前预警，难以发现的问题。通过对电缆隧道1的振动、纵向沉降、裂缝及变形的实时监测，进而能对电缆隧道1的结构安全性和使用寿命进行判断和报警，方便运维人员做出维护决策，极大的降低了电缆隧道综合管廊服役过程中的结构风险。

以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本实用新型的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电缆隧道结构健康监测系统，其特征在于，包括工控机、光纤振动监测主机(9)、沉降监测主机(7)、位移监测主机(8)、振动光纤(3)、若干光纤光栅静力水准仪(4)以及若干光纤光栅位移计(2)；

光纤振动监测主机(9)与振动光纤(3)连接；

沉降监测主机(7)与若干光纤光栅静力水准仪(4)均连接；

位移监测主机(8)与若干光纤光栅位移计(2)均连接；

光纤振动监测主机(9)、沉降监测主机(7)以及位移监测主机(8)均与工控机连接。

2.根据权利要求1所述的电缆隧道结构健康监测系统，其特征在于，所述光纤振动监测主机(9)、沉降监测主机(7)以及位移监测主机(8)均通过工业级以太网环网交换机与工控机连接。

3.根据权利要求1所述的电缆隧道结构健康监测系统，其特征在于，所述光纤振动监测主机(9)通过通信光纤与振动光纤(3)连接。

4.根据权利要求1所述的电缆隧道结构健康监测系统，其特征在于，所述沉降监测主机(7)通过通信光纤与光纤光栅静力水准仪(4)连接。

5.根据权利要求1所述的电缆隧道结构健康监测系统，其特征在于，所述位移监测主机(8)通过通信光纤与光纤光栅位移计(2)连接。

6.根据权利要求1所述的电缆隧道结构健康监测系统，其特征在于，所述沉降监测主机(7)与位移监测主机(8)为同一主机。

7.根据权利要求1所述的电缆隧道结构健康监测系统，其特征在于，使用状态时：

振动光纤(3)沿所述电缆隧道(1)的内壁通长布置，并设置水泥胶覆盖；

光纤光栅位移计(2)位于所述电缆隧道(1)的裂缝或接缝处，并通过安装底座跨接在所述裂缝或接缝的两侧；

光纤光栅静力水准仪(4)位于所述电缆隧道(1)的内壁，通过安装底座固定在电缆隧道(1)内壁；相邻光纤光栅静力水准仪(4)之间通过连通管(5)连接，且同一连通管(5)上的光纤光栅静力水准仪(4)位于相同水平高度；

光纤振动监测主机(9)、沉降监测主机(7)以及位移监测主机(8)位于所述电缆隧道(1)的设备间；

工控机位于所述电缆隧道(1)的监控中心。

8.根据权利要求7所述的电缆隧道结构健康监测系统，其特征在于，所述光纤光栅位移计(2)按组设置且每组3只，相邻两组光纤光栅位移计(2)之间的距离为50米；在所述电缆隧道(1)穿越河道、地铁或立交桥的部位处，相邻光纤光栅静力水准仪(4)之间的距离为30米，在所述电缆隧道(1)的其余部位处，相邻光纤光栅静力水准仪(4)之间的距离为50米。

9.根据权利要求1所述的电缆隧道结构健康监测系统，其特征在于，还包括显示装置，显示装置与工控机连接。

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