[发明专利]一种基于低相干干涉技术的高精度隧道裂缝监测系统及方法

说明书

本申请的目的是提供一种基于低相干干涉技术的隧道裂缝监测系统及方法，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、V型布置在隧道内壁上的LCI光纤传感器、光学移动扫描平台、末端切平的光纤、信号采集和处理系统。通过相邻两点固定的受拉光纤光缆测量波长的变化，得出位移的变化，进而反映出隧道内管片裂缝的发展情况，具有监测精度高、监测成本低以及抗电磁干扰强的优点，且光纤传感器适宜于隧道的长期的监测，可应用到工程实际情况之中。

技术领域

本申请涉及隧道中病害监测技术领域，尤其涉及一种基于低相干干涉(Low-coherence Interferometry,LCI)技术的高精度隧道裂缝监测系统及方法。

背景技术

随着时代的发展，光纤传感技术作为一项新兴监测技术，近十几年来，已逐步地应用于隧道裂缝预测、结构沉降、管片错台等方面，而且发展迅速。

现有专利提出了一些基于不同类型光纤传感器技术的裂缝监测方法，如现已经公开的CN108709856A所述的混凝土结构裂缝监测预警系统及预警方法，具有监测过程自动化程度及智能化程度更高等优点；专利公开号CN109682308A所述的基于光时域反射的塑料光纤裂缝监测装置及监测方法利用了低成本的塑料光纤，具有精度高，可实现实时在线监测和远程遥测等优良特性。但其主要利用的技术是基于光时域反射的分布式传感器。

专利公开号CN109556524A公开的基于光纤光栅技术的裂缝宽度监测系统，该系统在裂缝区设置光纤光栅位移监测杆，通过不同的布置方式并配合相应算法可以确定裂缝变形的相对位移或绝对位移，具有精度高、抗干扰能力强等优点。但是该专利所基于的技术是光纤光栅传感技术。

专利公开号CN106525860A公开的一种基于布里渊的传感器进行混凝土监测的方法，以及专利公开号CN104729424A公开的一种能监测基层裂缝的分布式传感光纤装置及其监测方法中，虽然都易于操作、可全分布监测应变情况，但都需要将光纤埋入待测体中，而且监测过程中要将沿着光纤的温度和应力分布同时记录下来，计算时要考虑温度的影响，增加了计算产生的误差性，这两个专利所基于的技术同为布里渊光时域分布式光纤传感(BOTDA)方法。

另外一种基于光学低相干干涉技术进行精确度达到亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置(专利公开号CN105842257A)，该种光纤传感器测量系统具有分辨率高、灵敏度强、实时性好等优点。但是其主要缺陷在于参考臂和样品臂部分包括准直透镜、45°反射镜等进行光路的改变以达到精确结果，对装置的严格要求大大限制了该系统在实际工程中的应用。

我国幅员辽阔，各类自然条件差异很大，同时运营期间的隧道又受前期设计与施工技术条件的限制等方面的原因，隧道病害问题日益突出，隧道管片裂缝问题就是其中之一。因此，对隧道管片裂缝进行监测就有了很强的紧迫性和必要性。近年来，基于不同技术的隧道中裂缝监测系统正在快速发展，引入光纤技术对隧道中裂缝进行监测就是其中的一种。目前对隧道管片裂缝进行监测的方法中尚未发现基于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裂缝监测系统及方法。

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裂缝监测系统，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、V型布置在隧道内壁上的LCI光纤传感器、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LCI光纤传感器的信号臂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光纤传感器的信号臂上设置有第一耦合器，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；