基于分布式传感光纤的隧道监控方案大纲.doc

基于分布式传感光纤的隧道监控方案(大纲)
目录
1. 概述 2
2. 光纤传感系统 2
长距离的连续性监测 3
植入式 3
附着式 4
随机点的参数监测 4
5
5
3. 数据采集系统 6
4. 传输与通讯系统 7
5. 实时监控中心管理系统 7
1. 概述
隧道的监控贯穿整个施工阶段和运营阶段,施工中的监控为评价设计方案、确定支护结构型式、及时发现危险情况提供依据;隧道运营阶段的监控为了保持测量的连续性,长期监视及评价隧道的安全性,以及为科学研究提供必要的数据。隧道的监控是保障隧道施工运营安全至关重要的一环。
本方案拟采用的流程图如下:
(1). 现场自动采集系统使用分布式传感光纤技术,实时、连续的监测待测物理量,包括传感方式的选择和传感网络在隧道结构中的布置方案,并将信号进行初步处理。
(2). 传输系统,将采集并处理过的数据传输到实时监测控制系统。
(3). 实时监测控制系统,内部包括隧道监测数据分析显示、隧道安全评估分析结果显示、数据库管理。利用具备诊断功能的软硬件对接受到的数据进行诊断,判断损伤的发生、位置、程度,对结构的安全状况做出评估,如发现异常,发出报警信息。
2. 光纤传感系统
现场监测终端系统主要有传感器和自动采集系统组成,利用先进的传感技术,实现不同形式的物理量转换为电信号,进而实现数字化的自动采集。
本方案的现场采集系统采用分布式传感技术。
光纤传感器与传统的差动电阻式和钢弦式传感器相比,(1).传感器采用光信号作为载体,光纤的纤芯材料为二氧化硅,该传感器具有抗电磁干扰,防雷击,防水,防潮,耐高温,抗腐蚀等特点;(2).光纤传感器体积小,便于安装,对布设部位的影响也小;(3).光纤本身即作为传感体又作为传输介质,容易实现长距离、全方位监测。
分布式光纤传感技术除了具有以上的特点外,其最显著的优点就是可以准确地测出光纤沿线任一点上的应力、应变、温度、振动和损伤等信息。
长距离的连续性监测
分布式光纤传感技术的优点在于一根光纤传感器替代上千个点式传感器。
目前单根光纤可达1000米以上,在1000米范围内大约有20000个测点;几根光纤还可以串联起来形成一条光路使用,PPP-BOTDA技术的最大量程可超过25km。
传统的传感技术如单点式,性价比不高,效率低下;准分布式系统测量精度较高、可测量参数多、信号处理较简单、但不连续。而分布式系统空间分辨率高、能够实现空间上连续检测、系统利用率高。
应用分布式传感光纤对隧道进行监测,其传感光纤可以植入结构物里面,也可粘贴在结构物表面。
植入式
在实际工程中可能有两种布设方式:采用紧套光缆直接布置于混凝土垫层内;采用铝塑管等对光缆进行保护后布置于混凝土垫层内。
但是由于光纤脆弱,可能因为由于施工受到损伤,甚至折断,故实际工程中,应合理地设计光纤的保护方案与设计光纤的布设方案。这时也可以考虑使用光纤复合智能筋。
光纤复合智能筋是将光纤与FRP材料复合成筋(将传感光纤布置到FRP材料当中),兼具受力与传感特性、集结构材料和功能材料于一体,具有工程布设简单、量程大、耐久性好、精度高、自动化等突出优点。
分布式光纤智能筋布置(内置式)示