采用光学传感器进行隧道监控

隧道是现代建筑结构的核心之一 - 无论是大型城市,山体或是水下: 隧道提供快速连接,更短的距离。但是如何保证他们的安全?

今天,现代监控系统可以进行可靠的隧道状态监控。布拉格光纤技术 在其中扮演了重要的角色。

隧道机械变形会带来显著的安全隐患。特别是在隧道建筑或周边工程建设过程中。其可以快速且可靠地检查结构的稳定性。

用于隧道监控的传感器技术面临以下的挑战:

  • 传感器是否能在预定时间段可靠地提供所需的信号 - 包括短期和长期过程。
  • 长电缆通常用于隧道。因此测量信号的质量是否能在长距离传输过程中得到保证。
  • 监控系统的安装是否会影响到隧道的交通?
  • 根本的问题是: 何种测量量和模型是合适的,例如,如何触发报警?

以上提及的所有点,光纤传感器 - 基于布拉格光栅,过去数年来,已经发展成传统监控系统强大的替代技术。

布拉格光纤技术 - 最优的解决方案

布拉格光栅传感器可以测量多种物理量 - 例如,温度和应变等。除了其杰出的长期稳定性以外,还有一个巨大的优势:测量值可以远距离传输,并且几乎没有任何质量上的损失。另外,单根光纤可以容纳锁个布拉格光栅传感器,能够大幅减少传感器安装工作量。这是非常关键的,因为隧道往往有数公里长。

"SysTunnel" 是 HBM FiberSensing 开发的特殊系统解决方案,能够充分利用布拉格光栅技术的优势。

SysTunnel 组件

SysTunnel 包括以下组件:

  1. 包含应变和温度的传感器,围绕着圆形金属杆安装。这些 “传感器环” 可在隧道不同的位置安装,并与由光纤电缆彼此连接。
  2. 用于处理光信号的 解调仪
  3. 处理测量数据的 软件

 

 

MEMCOT 方法用于几何变形可靠测量

SysTunnel 采用 MEMCOT 方法用于测量和计算。

MEMCOT - 来源于材料理论- 可以持续检查隧道的位移。其通过隧道轮廓和随时间的变形来进行变形测量的。这种径向偏移和位移数学模型对于基于轴向应变的隧道监控是必不可少的。

这种方法在实际应用永有多种优势: 因为 MEMCOT 是测量每个测量点的绝对运动,每个区域的几何偏差都可以进行测定。而其他监控方法往往假设隧道运动时对称的(其并不是总是正确的)。另外, SysTunnel 可以测定变形,而传统的监控系统是无法实现的。

布拉格传感器的优势

SysTunnel 不仅适合短期也非常适合长期监控。这个系统可以在日常操作中使用  – Rossio 隧道 和 São Paulo Metro 隧道就是最好例证。

一旦安装完成, SysTunnel 就可以对隧道进行可靠地监控。其不仅可以长期采集测量数据,还能够对报警进行设置,一旦隧道产生显著变形时就可以自动报警。

阅读完整的文章

完整的信息见:应变测量光学监测系统(PDF).

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