[發(fā)明專利]分布式光纖光柵傳感器長(zhǎng)距離自動(dòng)測(cè)量監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410032163.8
• 申請(qǐng)日: 2014-01-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104807396A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋啟寬;宋戈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 宋啟寬;宋戈
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00;G01B11/16
• 代理公司: 上海順華專利代理有限責(zé)任公司 31203
• 代理人: 陳淑章

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于長(zhǎng)距離結(jié)構(gòu)設(shè)施的測(cè)量、健康檢測(cè)和監(jiān)測(cè)的最可能經(jīng)濟(jì)的高精度自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，具體涉及一種分布式光纖光柵傳感器長(zhǎng)距離自動(dòng)測(cè)量、監(jiān)控、預(yù)警系統(tǒng)。

背景技術(shù)

分布式單纖或多纖的光纖光柵傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是一種用于長(zhǎng)距離結(jié)構(gòu)設(shè)施的健康檢測(cè)和監(jiān)測(cè)的最可能經(jīng)濟(jì)的高精度自動(dòng)化測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)外，尚沒(méi)人開(kāi)發(fā)研究出真正實(shí)用的分布式光纖光柵傳感器自動(dòng)化測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)，其問(wèn)題，除了光纖自身的缺陷外，主要存在較難解決的實(shí)用使用技術(shù)。

首先，分布式光纖光柵傳感器的位置定位存在誤差，光纖光柵調(diào)制解調(diào)儀設(shè)備的傳感器定位誤差，高達(dá)0.5米～3米以上，因此，無(wú)法確定傳感器節(jié)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，以達(dá)到毫米或以下級(jí)別的測(cè)量精度要求。

其次，目前并沒(méi)有找到傳感器的三維坐標(biāo)定位的方法，原因是采用每通路分布式光纖光柵傳感器，僅僅簡(jiǎn)單的沿被監(jiān)測(cè)體直行布置，沒(méi)有將各傳感器布置成幾何體或幾何面，不能對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，無(wú)法適應(yīng)地鐵隧道的測(cè)量及監(jiān)控的需求。

現(xiàn)有分布式光纖光柵傳感器系統(tǒng)：由于沒(méi)有研究透和充分發(fā)掘系統(tǒng)的作用，只能測(cè)量傳感器兩端點(diǎn)間的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度；不能給出各端點(diǎn)的三維坐標(biāo)，因此在地鐵隧道的測(cè)量監(jiān)控中，不能取代人工測(cè)量；目前，應(yīng)用較多的，除了廣泛用于溫度的監(jiān)控外，大都利用光纖光柵可以精確測(cè)定傳感器的應(yīng)變的特性，用于計(jì)算傳感器兩端點(diǎn)的，沿傳感器方向的一維坐標(biāo)相對(duì)位移，并且不能計(jì)算出端點(diǎn)的一維坐標(biāo)值。

以前，地鐵隧道的運(yùn)營(yíng)測(cè)量監(jiān)控，只能利用晚上地鐵停運(yùn)后，由人工進(jìn)入隧道進(jìn)行地鐵隧道的測(cè)量監(jiān)控，由于人為的疏忽，上海地鐵曾發(fā)生可以避免的事故。隨著新技術(shù)的應(yīng)用及現(xiàn)代化管理需求，上海地鐵運(yùn)營(yíng)監(jiān)控逐步過(guò)渡到自動(dòng)化，但目前運(yùn)用的技術(shù)，多為智能型全站儀，一般精度為±（5mm+5ppm），還有傾角儀等技術(shù)。一般現(xiàn)有技術(shù)，投資大，或測(cè)量?jī)?nèi)容不全面，往往需要人工輔助測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種能對(duì)分布式光纖光柵傳感器的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維坐標(biāo)精確定位的自動(dòng)測(cè)量監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明分布式光纖光柵傳感器長(zhǎng)距離自動(dòng)測(cè)量監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，包括由一個(gè)或多個(gè)測(cè)量回路組成；其中每個(gè)所述測(cè)量回路是由傳感器組成空間結(jié)構(gòu)體所形成的空間體測(cè)量回路，或由傳感器按平面幾何布置形成平面測(cè)量回路；所述傳感器相互連接形成超靜定或靜定結(jié)構(gòu)體或平面超靜定或靜定結(jié)構(gòu)測(cè)量面，所述傳感器上的節(jié)點(diǎn)固定在被測(cè)體上形成測(cè)點(diǎn)群；根據(jù)各個(gè)所述傳感器的應(yīng)變及初始長(zhǎng)度，計(jì)算所述空間體測(cè)量回路內(nèi)所述測(cè)點(diǎn)群中每個(gè)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)、或計(jì)算平面測(cè)量回路內(nèi)所述測(cè)點(diǎn)群的平面內(nèi)二維坐標(biāo)；所述測(cè)量回路沿隧道縱向布置，與地面測(cè)點(diǎn)形成閉合測(cè)點(diǎn)網(wǎng)，用于測(cè)量隧道內(nèi)所述測(cè)點(diǎn)群的三維坐標(biāo)或二維坐標(biāo)。本發(fā)明的特征在于，充分發(fā)揮光纖光柵傳感器可以高精度測(cè)量測(cè)點(diǎn)之間應(yīng)變的優(yōu)勢(shì)，將多數(shù)所述測(cè)點(diǎn)與2個(gè)以上的傳感器相連接，可以計(jì)算測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，提高測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算的冗余度，降低系統(tǒng)造成的測(cè)量誤差。

優(yōu)選的，所述空間體測(cè)量回路可以計(jì)算所述測(cè)點(diǎn)群的三維坐標(biāo)。

優(yōu)選的，所述平面測(cè)量回路可以計(jì)算所述測(cè)點(diǎn)群的測(cè)量平面內(nèi)的二維坐標(biāo)。

優(yōu)選的，所述平面測(cè)量回路豎向布置、水平布置或傾角布置；其中在水平布置或傾角布置時(shí)，所述平面測(cè)量回路上加裝光纖光柵靜力水準(zhǔn)儀，用于測(cè)量所述測(cè)點(diǎn)的平面外坐標(biāo)或變位。

優(yōu)選的，多個(gè)所述傳感器交叉布置形成超靜定或靜定平面幾何結(jié)構(gòu)的測(cè)量面，根據(jù)各所述傳感器的應(yīng)變及初始長(zhǎng)度計(jì)算所述測(cè)量斷面內(nèi)的每個(gè)所述傳感器節(jié)點(diǎn)的二維相對(duì)坐標(biāo)。

優(yōu)選的，所述測(cè)量面內(nèi)的所述測(cè)點(diǎn)多數(shù)與多于2個(gè)所述傳感器相連接。

本發(fā)明分布式光纖光柵傳感器長(zhǎng)距離自動(dòng)測(cè)量監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的測(cè)量回路的測(cè)點(diǎn)群與地面測(cè)點(diǎn)形成一個(gè)閉合測(cè)量網(wǎng)，通過(guò)測(cè)量回路內(nèi)各測(cè)點(diǎn)間的應(yīng)變及初始長(zhǎng)度，可以通過(guò)多維線性方程組矩陣及已知邊界，計(jì)算每個(gè)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。根據(jù)隧道管片的剛性假定，可以推算隧道的收斂等。本發(fā)明分布式光纖光柵傳感器長(zhǎng)距離自動(dòng)測(cè)量監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的測(cè)量斷面內(nèi)的所有測(cè)點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量斷面內(nèi)各測(cè)點(diǎn)間的應(yīng)變及初始長(zhǎng)度，可以通過(guò)多維線性方程組矩陣，計(jì)算所有所述測(cè)點(diǎn)的斷面內(nèi)的二維相對(duì)坐標(biāo)。由于隧道管片的剛性假定，并不完全屬實(shí)，因此，可通過(guò)本發(fā)明的所述測(cè)量斷面，精確計(jì)算隧道斷面的變形曲線。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明分布式光纖光柵傳感器長(zhǎng)距離自動(dòng)測(cè)量監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)測(cè)量回路布置示意圖；

圖2為本發(fā)明分布式光纖光柵傳感器長(zhǎng)距離自動(dòng)測(cè)量監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)傳感器布置示意圖；