[发明专利]高精度分布式隧道裂缝监测系统及方法

权利要求书

1.一种高精度分布式隧道裂缝监测系统，其特征在于：包括宽带光源、信号处理系统、第一耦合器、第二耦合器、信号臂、反光镜、末端切平的光纤、参考臂和LCI光纤传感器；

其中，所述隧道的内壁上沿着长度方向设置隧道管片，所述LCI光纤传感器包括连续的多段，所述每段LCI光纤传感器紧贴隧道管片布置，每段LCI光纤传感器在所述隧道管片的横截面上的投影为圆弧形，所述每段LCI光纤传感器的起点和终点处于相同的水平位置，相邻两段的LCI光纤传感器首尾相连，并且所述多段LCI光纤传感器在水平面上端投影呈V型循环布置；所述每段LCI光纤传感器的起点和终点之间在所述隧道长度方向的投影距离等于所述隧道管片的宽度，并且所述每段LCI光纤传感器均经过相邻两段隧道管片，所述每段LCI光纤传感器的起点和终点之间均处于拉伸状态；

所述宽带光源通过光纤光缆与所述第一耦合器连接，所述第一耦合器通过信号臂与所述LCI光纤传感器的起点连接；所述信号处理系统通过光纤光缆与所述第二耦合器连接，所述第一耦合器和第二耦合器之间通过光纤光缆连接，所述第二耦合器还连接所述LCI光纤传感器的参考臂以及用于反射信号的末端切平的光纤，而所述参考臂与所述反光镜相配合。

2.根据权利要求1所述的高精度分布式隧道裂缝监测系统，其特征在于：所述反光镜设置在光学移动扫描平台上。

3.根据权利要求1所述的高精度分布式隧道裂缝监测系统，其特征在于：所述LCI光纤传感器通过粘胶例粘贴于所述隧道管片上。

4.根据权利要求1所述的高精度分布式隧道裂缝监测系统，其特征在于：所述信号臂由内部的裸光纤和包裹所述裸光纤的PVC紧包层构成。

5.根据权利要求1所述的高精度分布式隧道裂缝监测系统，其特征在于：所述隧道管片的宽度为200mm-1000mm。

6.一种高精度分布式隧道裂缝监测方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)确定LCI光纤传感器的起点和终点；

(2)布置LCI光纤传感器；

(3)布置高精度分布式隧道裂缝监测系统；

(4)对每段LCI光纤传感器进行扫描调试测量，保证干涉信号光谱以及光程差解调结果趋于稳定；

(5)进行监测并对数据进行记录并分析结果得到相应的裂缝产生的应变变化量。

7.根据权利要求6所述的高精度分布式隧道裂缝监测方法，其特征在于：在步骤(1)中，隧道的内壁上沿着长度方向设置隧道管片，并且在所述隧道管片上确定每段LCI光纤传感器的起点和终点，并且所述LCI光纤传感器的起点和终点处于相同的水平位置。

8.根据权利要求6所述的高精度分布式隧道裂缝监测方法，其特征在于：在步骤(2)中，每段LCI光纤传感器紧贴隧道管片布置，且每段LCI光纤传感器在所述隧道管片的横截面上的投影为圆弧形，相邻两段的LCI光纤传感器首尾相连，并且所述多段LCI光纤传感器在水平面上端投影呈V型循环布置；每段LCI光纤传感器的起点和终点之间在所述隧道长度方向的投影距离等于隧道管片的宽度，每段LCI光纤传感器均经过相邻两段隧道管片，而每段LCI光纤传感器的起点和终点之间均处于拉伸状态。

9.根据权利要求6所述的高精度分布式隧道裂缝监测方法，其特征在于：在步骤(3)中，配置宽带光源、信号处理系统、第一耦合器、第二耦合器、信号臂、反光镜、末端切平的光纤和参考臂；所述宽带光源通过光纤光缆与所述第一耦合器连接，所述第一耦合器通过信号臂与所述LCI光纤传感器的起点连接；所述信号处理系统通过光纤光缆与所述第二耦合器连接，所述第一耦合器和第二耦合器之间通过光纤光缆连接，所述第二耦合器还连接所述LCI光纤传感器的参考臂以及用于反射信号的末端切平的光纤，而所述参考臂与所述反光镜相配合。

10.根据权利要求6所述的高精度分布式隧道裂缝监测方法，其特征在于：在步骤(5)中，光程差Δy和应变Sε的关系如下所示：

Δy＝1.19Sε

设在隧道管片两侧固定点之间的水平距离为n，每段LCI光纤传感器原长为S，拉长后的长度为S(1+ε)；拉伸后的LCI光纤传感器通过辅助线可以形成一个直角三角形，两条直角边长度分别为a和b，光程差Δy与裂缝Δr之间关系的公式：

其中，β为LCI光纤传感器在水平面上端投影与所述隧道长度方向的夹角。