[发明专利]一种基于低相干干涉技术的高精度隧道错台定位系统及方法有效

专利信息
申请号: 201911239436.5 申请日: 2020-03-27
公开(公告)号: CN111141219B 公开(公告)日: 2020-11-03
发明(设计)人: 付艳斌;洪成雨;李云鹏;陈湘生 申请(专利权)人: 深圳大学
主分类号: G01B11/02 分类号: G01B11/02
代理公司: 北京天盾知识产权代理有限公司 11421 代理人: 解敬文;施艳荣
地址: 518000 广东省深*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 相干 干涉 技术 高精度 隧道 定位 系统 方法
【说明书】:

本申请的目的是提供一种基于低相干干涉技术的高精度隧道错台定位系统及方法,系统包括宽带光源、第一光纤光缆、第二光纤光缆、第三光纤光缆、第一耦合器、第二耦合器、三个LCI位移计、光学移动扫描平台、末端切平的光纤、信号采集和处理系统。本申请将3D打印技术与迈克尔逊低相干干涉技术相结合,既有3D打印制作技术的方便快捷、成本低、提高了传感器监测的稳定性等优点,同时还具有低相干干涉技术的精度高、抗电磁干扰强、适合隧道长期监测的优点,可应用到工程实际情况之中。

技术领域

本申请涉及监测盾构隧道错台技术领域,尤其涉及一种基于低相干干涉(Low-coherence Interferometry,LCI)技术的高精度隧道错台定位系统及方法。

背景技术

3D打印技术作为快速成形技术(Rapid prototyping)的一种新兴技术,在近几年发展迅速,其基本思路为:基于数字模型文件,运用可粘合材料,通过分层加工并逐层叠加成型的方式来得到三维实体。

随着盾构隧道施工逐渐成为地铁、水下等交通隧道的主要施工形式,其中衬砌环主要由预制装配式管片拼装而成,在管片与管片之间通过螺栓连接,由于接缝处与管片的抗弯刚度是不同的,有可能会因为管片受力不均而使接缝处发生相对位移,出现管片错台现象。错台的发生不仅仅对隧道美观有影响,更甚者还会引起管片接缝渗水、局部出现裂缝等问题,为隧道的安全带来了极大的威胁,因此,对隧道中管片错台进行监测是非常有必要的。

目前,国内外对隧道内管片错台进行测量方法主要有两种:人工法及自动检测法。

人工法主要是利用人工手段并采取必要的辅助设施的方式采集隧道中错台数据,如现在公开的专利公开号CN109900184A所述的一种管片错台量测装置及方法,利用量测尺的刻度读数来计算错台量;专利CN207050636U中设计了一种错台、缝宽联合测量装置,当错台发生时,测量杆会向上随之移动,这时可通过测量杆上的刻度及旁边刻度尺上的刻度线读出错台数值;专利一种盾构隧道管片接缝变形多功能测量装置及测量方法(专利公开号为CN103776355A)中用了相同的原理。综上,人工法具有价格便宜、操作简单及携带方法等优点,但是会耗费大量人力,测量的结果可能会因为监测人员的主观性而发生错误。

基于光纤反射原理的隧道错台监测技术属于隧道错台自动检测法中极为重要的一项内容,近几年发展迅速,很有前景。

专利公开号CN105089702A中公布了一种可大规模高精度在线监测盾构隧道错台的系统及方法,该系统虽然结构简单、成本低,但是该专利所基于的技术是布里渊技术;专利公开号CN110044268A所述的基于光纤反射原理的盾构隧道接缝张开与错台监测系统,利用不同的光的反射率对接缝错台量进行标定,但并没有提及到具体使用哪一种光纤传感器。

光纤传感器作为一项新兴监测技术,在隧道病害监测中的应用也越来越多,但是目前对隧道管片错台进行监测的方法中尚未发现基于迈克尔逊低相干干涉型光纤传感技术的方法。

发明内容

本申请的一个目的是提供一种基于低相干干涉技术的高精度隧道错台定位系统及方法。

根据本申请的一个方面,提供了一种基于低相干干涉技术的高精度隧道错台定位系统,该系统包括:宽带光源、第一光纤光缆、第二光纤光缆、第三光纤光缆、第一耦合器、第二耦合器、三个LCI位移计、光学移动扫描平台、末端切平的光纤、信号采集和处理系统,其中三个LCI位移计中的每一个均包括LCI光纤传感器,与LCI位移计连接的光纤与LCI光纤传感器的信号臂连接,其信号臂上设置有第一耦合器并进而经第一光纤光缆与宽带光源连接,LCI光纤传感器的参考臂经第三光纤光缆与信号采集和处理系统连接,LCI光纤传感器的参考臂上设置有第二耦合器,第一耦合器与第二耦合器之间经第二光纤光缆连接,第二耦合器与末端切平的光纤连接,且LCI光纤传感器的参考臂与光学移动扫描平台上的反光镜相配合;

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