[发明专利]一种基于长标距光纤传感技术的隧道变形监测系统及方法

权利要求书

1.一种基于长标距光纤传感技术的隧道变形监测系统，其特征在于，包括：依次连接的光纤传感器系统，数据处理系统，变形计算系统和预警系统；

所述光纤传感器系统用于布置传感器并采集传感器数据；

所述光纤传感器系统包括传感器布置模块、光纤传导模块与光纤解调仪模块；

所述传感器布置模块用于按照预设方式在隧道内布置光纤传感器；

所述光纤传导模块用于利用光纤导线将传感器数据传输到所述光纤解调仪模块；

所述光纤解调仪模块用于将所述传感器数据解调得到传感器波长数据；

所述数据处理系统用于根据所述传感器数据获取单向应变数据；

所述数据处理系统包括波长处理模块与应变分离模块；

所述波长处理模块用于采集所述传感器波长数据，并将所述传感器波长数据转化为耦合应变数据；

所述应变分离模块用于通过应变分离计算公式将所述耦合应变数据分离成三个方向的所述单向应变数据，所述单向应变数据包括轴向应变数据、竖向弯曲应变数据与横向弯曲应变数据；

所述应变分离计算公式为：

ε₁＝ε′_N+ε_my1

其中，ε₁,ε₂,ε₃分别为1、2、3点的耦合应变数据，ε′_N为轴向应变数据，ε_my1为1点的竖向弯曲应变数据，ε_mz2为2点的横向弯曲应变数据，h为1点到2，3点的竖向距离，z₁为1点到中性轴的竖向距离；

所述变形计算系统用于根据所述单向应变数据获取变形数据；

所述变形计算系统包括变形计算模块、数据传输模块与数据存储模块；

所述变形计算模块用于根据所述单向应变数据得出变形数据，所述变形数据包括轴向变形数据、竖向变形数据与横向变形数据；

所述数据传输模块用于将所述变形数据传输给所述预警系统；

所述数据存储模块用于储存所述变形数据；

所述预警系统用于基于所述变形数据发出变形预警。

2.根据权利要求1所述的基于长标距光纤传感技术的隧道变形监测系统，其特征在于，所述光纤传感器采用长标距光纤传感器；

所述预设方式为，在隧道截面中，检修通道顶板和两侧分别设有一个所述长标距光纤传感器，所述隧道截面中的三个所述长标距光纤传感器的位置组成三角形状，沿隧道纵向布置，其中，将所述隧道截面中的所述检修通道顶板上的所述长标距光纤传感器的位置命名为1点、所述两侧上的所述长标距光纤传感器的位置分别命名为2点、3点。

3.根据权利要求1所述的基于长标距光纤传感技术的隧道变形监测系统，其特征在于，所述预警系统包括轴向变形预警模块、竖向变形预警模块与横向变形预警模块；

所述轴向变形预警模块用于根据所述轴向变形数据进行轴向变形预警；

所述竖向变形预警模块用于根据所述竖向变形数据进行竖向变形预警；

所述横向变形预警模块用于根据所述横向变形数据进行横向变形预警。

4.一种基于长标距光纤传感技术的隧道变形监测方法，应用如权利要求1-3任一所述的隧道变形监测系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1.按照预设方式在隧道内布置光纤传感器，利用光纤导线将传感器数据传输到光纤解调仪模块，通过所述光纤解调仪模块将所述传感器数据解调得到传感器波长数据；

S2.采集所述传感器波长数据，并将所述传感器波长数据转化为耦合应变数据，通过应变分离计算公式将所述耦合应变数据分离成三个方向的单向应变数据，所述单向应变数据包括轴向应变数据、竖向弯曲应变数据与横向弯曲应变数据；

S3.根据所述单向应变数据得出变形数据，并储存所述变形数据，所述变形数据包括轴向变形数据、竖向变形数据与横向变形数据；

S4.根据所述轴向变形数据进行轴向变形预警，根据所述竖向变形数据进行竖向变形预警，根据所述横向变形数据进行横向变形预警。