一种用于铁路隧道位移变形的监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于铁路隧道位移变形的监测系统，包括依次连接的前端传感组件、调制解调仪和算法处理器；所述前端传感组件：包括分别水平安装于被监测物体表面上的光纤光栅传感器和固定连接在光纤光栅传感器上的刚性构件，且所述刚性构件与被监测物体固定连接；所述调制解调仪：设置于通信机房内，调制解调仪通过通信光纤与每个所述光纤光栅传感器相连接；所述算法处理器：与所述调制解调仪通信连接，并与外部客户端通信连接。本实用新型专利技术能够通过光纤栅格反射波长的相对于基准波长的漂移来反应外界物理量的微小变化，具有线性程度高、重复性好，可对结构的位移变形量高精度地进行绝对、准分布式数字测量、7*24h在线实时监测等优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于隧道监测
，尤其涉及一种用于铁路隧道位移变形的监测系统。
技术介绍
我国中西部地区修建的各类等级普速、重载、高速铁路，受地形地貌、地震带、地质结构、设计原因等综合因素影响，在修建时隧道所占比例高，以此保障铁路运输速度、运输经济性等指标。但在我国中西部地区，处于各种埋深状态的长大隧道，特别是深层湿陷性黄土、地震频发地带的铁路隧道，极易受到地质结构变化导致隧道结构破坏引起的运营安全风险。以处于我国西北地区建设的铁路为例，隧道比例尤其是深层湿陷性黄土隧道比较较高。深层湿陷性黄土隧道是指衬砌结构位于湿陷性黄土地层的隧道，在黄土地区铁路工程中比较普遍。铁路工程中的湿陷性黄土隧道一般穿越黄土塬、山岭及其黄土高阶地或台地，且进出口均穿越黄土边坡。目前，已经揭示黄土地区湿陷性黄土地层厚度最大约40m。当隧道穿越该地层时，由于其土质疏松，在隧道运营过程中当遭受浸水作用时湿陷变形发展导致围岩压力增大，同时，隧道地基湿陷变形发展，不均匀沉降将导致隧道结构产生破坏。目前，青藏铁路、兰新高铁已相继通车，多条高速公路和国道、省道在这里穿越，复杂的地质构造和气候同时，在我国中部、西南部地区，所修建的各等级快速、高速、有砟、无砟铁路均不同比例程度穿越喀斯特、地震带等地貌，在实际运营过程中，隧道结构均存在不同概率的运营风险。该区域的道路安全运营带来了较大隐患。鉴于中西部的确各类等级的铁路特别是隧道，在运营过程中可能存在的各类风险，在个别地质复杂隧道，有必要对隧道整个断面(边墙、拱顶、无砟轨道、仰拱、二衬等)进行全面监测，以确保发生位移变形以致造成病害时能够提前预知预判，为列车的安全运营提高必要的技术支撑。目前，常用的位移变形监测手段主要分为水准仪测量以及全站仪测量。传统的水准测量方法可以用来监测隧道拱顶下沉，精度可以达到±0.5～1mm，但当测量边墙的点时，则很难进行测量，因而也不甚精确；基于全站仪的测量方法，虽然可以测量隧道内的横向及竖向位移，但需要工作人员在“天窗点”进行作业，作业难度大，且不能实现7*24h的在线实时监测。此外采用传统方法经常不能获得连续的变形信息。
技术实现思路
为了克服现有技术方法的不足，本技术的目的在于提出一种用于铁路隧道位移变形的监测系统，基于光纤光栅传感技术的隧道位移监测技术，通过光纤栅格反射波长的相对于基准波长的漂移来反应外界物理量的微小变化，具有线性程度高、重复性好，可对结构的位移量高精度地进行绝对、准分布式数字测量、7*24h在线实时监测等优点。为实现以上目的，本技术采用技术方案是：一种用于铁路隧道位移变形的监测系统，包括依次连接的前端传感组件、调制解调仪和算法处理器；所述前端传感组件：包括分别水平安装于被监测物体表面上的光纤光栅传感器和固定连接在光纤光栅传感器上的刚性构件，且所述刚性构件还与被监测物体固定连接；所述调制解调仪：设置于通信机房内，调制解调仪通过通信光纤与每个所述光纤光栅传感器相连接；所述算法处理器：与所述调制解调仪通信连接，并与外部客户端通信连接。进一步的是，所述光纤光栅传感器的一端为光纤通信引出跳纤，另一端为活动端；并在光纤光栅传感器上设置相应的机械接口与刚性构件的一端固定连接，且刚性构件的另一端通过固定夹具与被监测物体固定在一起。进一步的是，所述刚性构件除与光纤光栅传感器及固定夹具接触外，其余部分均处于悬空状态；能够精确感应被监测物体的位移状态。进一步的是，所述刚性构件的轴线与光纤光栅传感器的轴线处于同一轴线位置；根据轴线位置的变化能够检查被监测物体的位移状态。进一步的是，在所述算法处理器中设置有无线通信电路；实现远程通信。采用本技术方案的有益效果：本技术提出的一种用于铁路隧道位移变形监控的系统，是基于光纤光栅传感技术的隧道位移监测技术，能够实现准分布式、7*24实时在线监测等作用；且监测精度高，最优监测精度可达到0.16mm，并能实现被监测物体连续长时间范围内的位移变化规律。附图说明图1为本技术的一种用于铁路隧道位移变形的监测系统的结构示意框图；图2为本技术实施例中一种用于铁路隧道位移变形的监测系统的结构示意图；其中，1是前端传感组件，2是调制解调仪，3是算法处理器，4是被监测物体，11是光纤光栅传感器，12是刚性构件，13是固定夹具。具体实施方式为了使技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本技术作进一步阐述。在本实施例中，参见图1和图2所示，一种用于铁路隧道位移变形的监测系统，包括依次连接的前端传感组件1、调制解调仪2和算法处理器3。(1)所述前端传感组件1：包括分别水平安装于被监测物体4表面上的光纤光栅传感器11和固定连接在光纤光栅传感器11上的刚性构件12，且所述刚性构件12还与被监测物体4固定连接。作为上述实施例的优化方案，如图2所示，所述光纤光栅传感器11的一端为光纤通信引出跳纤，另一端为活动端；并在光纤光栅传感器11上设置相应的机械接口与刚性构件12的一端固定连接，刚性构件12的另一端通过固定夹具13与被监测物体4固定在一起。进一步的是，所述刚性构件12除与光纤光栅传感器11及固定夹具13接触外，其余部分均处于悬空状态。能够精确感应被检测物体的位移状态。优选的，所述刚性构件12的轴线与光纤光栅传感器11的轴线处于同一轴线位置。根据轴线位置的变化能够检查被监测物体4的位移状态。实施时：当被监测物在跨中任意部分发生混凝土破坏，由一个整体变成两个构件时，受外力作用会发生一定的相对位移可水平、竖向，而分别处于两个构件上的传感器和固定刚性构件12的固定夹具13在轴线上也会发生相对位移，二者连接时的刚性构件12可看成刚度无线大的物体，不会发生扭曲及弯折，相对位移的发生，必定通过刚性构件12的带动引起光纤光栅活动端的相对转动，这种转动会引起光纤光栅物理性能的变化，导致激光在通过光栅时波长相对于基准状态发生漂移。(2)所述调制解调仪2：设置于通信机房内，调制解调仪2通过通信光纤与每个所述光纤光栅传感器11相连接。实施时：调制解调仪2在工作状态时，连续不间断地发出特定波长的激光，激光通过通信光缆传送至前端光纤光栅传感器11，激光经过光纤光栅传感器11的光栅后又通过通信光纤返回至调制解调仪2。当前端传感部分某一个光纤光栅传感器11所监测的区域发生被检测物发生相对位移，激光在通过光纤光栅时波长会发生一定的漂移，调制解调仪2则通过特定的方式检测出漂移并将漂移量计算得出绝对值，反馈至算法服务程序。(3)所述算法处理器3：与所述调制解调仪2通信连接，并与外部客户端通信连接。算法处理工作主要通过算法服务程序实现，程序通过调制解调仪2采集到某一个传感器发生的波长漂移的绝对值，通过相应的算法程序，将计算后得出前端被监测物发生破坏时相对位移的绝对值，并将体现在监测程序客户端及相应设备上。作为上述实施例的优化方案，在所述算法处理器3中设置有无线通信电路；实现远程通信。以上显示和描述了本技术的基本原理、主要特征和本技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本技术的原理，在不脱离本技术精神和范围的前提下，本技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于铁路隧道位移变形的监测系统，其特征在于，包括依次连接的前端传感组件(1)、调制解调仪(2)和算法处理器(3)；所述前端传感组件(1)：包括分别水平安装于被监测物体(4)表面上的光纤光栅传感器(11)和固定连接在光纤光栅传感器(11)上的刚性构件(12)，且所述刚性构件(12)还与被监测物体(4)固定连接；所述调制解调仪(2)：设置于通信机房内，调制解调仪(2)通过通信光纤与每个所述光纤光栅传感器(11)相连接；所述算法处理器(3)：与所述调制解调仪(2)通信连接，并与外部客户端通信连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于铁路隧道位移变形的监测系统，其特征在于，包括依次连接的前端传感组件(1)、调制解调仪(2)和算法处理器(3)；所述前端传感组件(1)：包括分别水平安装于被监测物体(4)表面上的光纤光栅传感器(11)和固定连接在光纤光栅传感器(11)上的刚性构件(12)，且所述刚性构件(12)还与被监测物体(4)固定连接；所述调制解调仪(2)：设置于通信机房内，调制解调仪(2)通过通信光纤与每个所述光纤光栅传感器(11)相连接；所述算法处理器(3)：与所述调制解调仪(2)通信连接，并与外部客户端通信连接。2.根据权利要求1所述的一种用于铁路隧道位移变形的监测系统，其特征在于，所述光纤光栅传感器(11)的一端为光纤通信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏翔，沙尚典，谢伟，肖志杰，黄文勇，
申请(专利权)人：四川西南交大铁路发展股份有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51