[發(fā)明專利]一種基于低相干干涉技術(shù)的高精度隧道裂縫監(jiān)測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911239441.6
• 申請(qǐng)日: 2019-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN111141740B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付艷斌;洪成雨;李云鵬;陳湘生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/88
• 分類號(hào): G01N21/88;G01B11/16
• 代理公司: 北京天盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11421
• 代理人: 解敬文;施艷榮

本申請(qǐng)的目的是提供一種基于低相干干涉技術(shù)的隧道裂縫監(jiān)測系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括寬帶光源、第一光纖光纜、第二光纖光纜、第三光纖光纜、第一耦合器、第二耦合器、V型布置在隧道內(nèi)壁上的LCI光纖傳感器、光學(xué)移動(dòng)掃描平臺(tái)、末端切平的光纖、信號(hào)采集和處理系統(tǒng)。通過相鄰兩點(diǎn)固定的受拉光纖光纜測量波長的變化，得出位移的變化，進(jìn)而反映出隧道內(nèi)管片裂縫的發(fā)展情況，具有監(jiān)測精度高、監(jiān)測成本低以及抗電磁干擾強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，且光纖傳感器適宜于隧道的長期的監(jiān)測，可應(yīng)用到工程實(shí)際情況之中。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及隧道中病害監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于低相干干涉(Low-coherence Interferometry,LCI)技術(shù)的高精度隧道裂縫監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著時(shí)代的發(fā)展，光纖傳感技術(shù)作為一項(xiàng)新興監(jiān)測技術(shù)，近十幾年來，已逐步地應(yīng)用于隧道裂縫預(yù)測、結(jié)構(gòu)沉降、管片錯(cuò)臺(tái)等方面，而且發(fā)展迅速。

現(xiàn)有專利提出了一些基于不同類型光纖傳感器技術(shù)的裂縫監(jiān)測方法，如現(xiàn)已經(jīng)公開的CN108709856A所述的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及預(yù)警方法，具有監(jiān)測過程自動(dòng)化程度及智能化程度更高等優(yōu)點(diǎn)；專利公開號(hào)CN109682308A所述的基于光時(shí)域反射的塑料光纖裂縫監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法利用了低成本的塑料光纖，具有精度高，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測和遠(yuǎn)程遙測等優(yōu)良特性。但其主要利用的技術(shù)是基于光時(shí)域反射的分布式傳感器。

專利公開號(hào)CN109556524A公開的基于光纖光柵技術(shù)的裂縫寬度監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)在裂縫區(qū)設(shè)置光纖光柵位移監(jiān)測桿，通過不同的布置方式并配合相應(yīng)算法可以確定裂縫變形的相對(duì)位移或絕對(duì)位移，具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但是該專利所基于的技術(shù)是光纖光柵傳感技術(shù)。

專利公開號(hào)CN106525860A公開的一種基于布里淵的傳感器進(jìn)行混凝土監(jiān)測的方法，以及專利公開號(hào)CN104729424A公開的一種能監(jiān)測基層裂縫的分布式傳感光纖裝置及其監(jiān)測方法中，雖然都易于操作、可全分布監(jiān)測應(yīng)變情況，但都需要將光纖埋入待測體中，而且監(jiān)測過程中要將沿著光纖的溫度和應(yīng)力分布同時(shí)記錄下來，計(jì)算時(shí)要考慮溫度的影響，增加了計(jì)算產(chǎn)生的誤差性，這兩個(gè)專利所基于的技術(shù)同為布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感(BOTDA)方法。

另外一種基于光學(xué)低相干干涉技術(shù)進(jìn)行精確度達(dá)到亞微米量級(jí)的玻璃亞表面缺陷檢測裝置(專利公開號(hào)CN105842257A)，該種光纖傳感器測量系統(tǒng)具有分辨率高、靈敏度強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)。但是其主要缺陷在于參考臂和樣品臂部分包括準(zhǔn)直透鏡、45°反射鏡等進(jìn)行光路的改變以達(dá)到精確結(jié)果，對(duì)裝置的嚴(yán)格要求大大限制了該系統(tǒng)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

我國幅員遼闊，各類自然條件差異很大，同時(shí)運(yùn)營期間的隧道又受前期設(shè)計(jì)與施工技術(shù)條件的限制等方面的原因，隧道病害問題日益突出，隧道管片裂縫問題就是其中之一。因此，對(duì)隧道管片裂縫進(jìn)行監(jiān)測就有了很強(qiáng)的緊迫性和必要性。近年來，基于不同技術(shù)的隧道中裂縫監(jiān)測系統(tǒng)正在快速發(fā)展，引入光纖技術(shù)對(duì)隧道中裂縫進(jìn)行監(jiān)測就是其中的一種。目前對(duì)隧道管片裂縫進(jìn)行監(jiān)測的方法中尚未發(fā)現(xiàn)基于低相干干涉型光纖傳感技術(shù)的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)的一個(gè)目的是提供一種基于低相干干涉技術(shù)的高精度隧道裂縫監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供了一種基于低相干干涉技術(shù)的高精度隧道裂縫監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：寬帶光源、第一光纖光纜、第二光纖光纜、第三光纖光纜、第一耦合器、第二耦合器、V型布置在隧道內(nèi)壁上的LCI光纖傳感器、光學(xué)移動(dòng)掃描平臺(tái)、末端切平的光纖、信號(hào)采集和處理系統(tǒng)，其中LCI光纖傳感器的信號(hào)臂經(jīng)第一光纖光纜與寬帶光源連接，LCI光纖傳感器的參考臂經(jīng)第三光纖光纜與信號(hào)采集和處理系統(tǒng)連接，LCI光纖傳感器的信號(hào)臂上設(shè)置有第一耦合器，LCI光纖傳感器的參考臂上設(shè)置有第二耦合器，第一耦合器與第二耦合器之間經(jīng)第二光纖光纜連接，第二耦合器與末端切平的光纖連接，且LCI光纖傳感器的參考臂與光學(xué)移動(dòng)掃描平臺(tái)上的反光鏡相配合；