[发明专利]一种基于谐振式传感器的隧道本体结构监测系统

说明书

本发明公开了一种基于谐振式传感器的隧道本体结构监测系统，包括数据采集与传输单元、数据处理与分析单元以及数据存储与人机交互单元，数据采集与传输单元包括振动激励模块、谐振式传感器、振动检测模块、信号调理电路模块、通信传输模块和GPS定位模块，振动激励模块用于使谐振式传感器的振子产生机械振动，振动检测模块用于获取谐振式传感器输出的频率信号，信号调理电路模块包括放大电路和滤波电路，通信传输模块用于将频率信号传送给数据处理与分析单元。本发明采用精度高、稳定性好、可靠性高、抗干扰能力强的谐振式传感器，易于与数字系统相结合，且适合长距离传输，能适应隧道这种恶劣的环境，可实现在线实时监测隧道状态。

技术领域

本发明属于隧道监测技术领域，更具体地，涉及一种基于谐振式传感器的隧道本体结构监测系统。

背景技术

随着城市轨道交通、高速公路网等基础设施的快速发展，隧道结构的规模与日剧增。然而隧道在施工以及运营过程中，由于结构退化、地质条件变化、车辆振动、收敛挤压等因素的影响，存在一系列安全隐患，并发生结构裂缝及损坏、管片环向收敛变形以及沉降等问题，进而危害车辆运行以及人民生命安全。因此，实时监测隧道结构状态，及时发现隧道结构在全生命周期内的潜在危害并确保其安全可靠，同时合理降低运维成本，是新时期下隧道健康监测领域的迫切需求。

传统的地铁隧道运营维护技术主要以定期巡检隧洞的方式为主，这种方式效率低、精度差，无法对结构变化做出准确判别。目前隧道工程监测大多采用基于电阻式、钢弦式或电感式等传感器技术，以上技术存在监测结果受多因素干扰而精度低、耐久性差和传导线过多难以布设等缺点，难以满足现代隧道施工监测的要求。同时，无论是将被测非电量转换为电参量输出的无源型传感器，还是直接将被测非电量转换为电量输出的有源型传感器，被测物理量经传感器输出的信号都是微弱的模拟量，不易被接收和感觉到，给地铁隧道本体结构监测以及传感器信号与信息的处理提出了较高的要求。

发明内容

针对以上现有技术的缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于谐振式传感器的隧道本体结构监测系统，其采用精度高、稳定性好、可靠性高、抗干扰能力强的谐振式传感器，易于与数字系统相结合，且适合长距离传输，能适应隧道这种恶劣的环境，实现在线实时监测隧道状态。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于谐振式传感器的隧道本体结构监测系统，包括数据采集与传输单元、数据处理与分析单元以及数据存储与人机交互单元，其特征在于：

所述数据采集与传输单元包括依次连接的振动激励模块、谐振式传感器、振动检测模块、信号调理电路模块、通信传输模块和GPS定位模块，所述谐振式传感器安装在隧道本体结构上，所述振动激励模块用于产生激励信号从而使谐振式传感器的振子产生机械振动，所述振动检测模块用于获取所述谐振式传感器输出的频率信号，所述信号调理电路模块包括放大电路和滤波电路，所述放大电路与所述振动检测模块连接，以用于将振动检测模块获得的频率信号进行放大后传输给所述滤波电路，所述滤波电路用于去除频率信号中的噪声，所述GPS定位模块用于定位谐振式传感器所处的隧道本体结构监测点的地理位置并传送给通信传输模块，以实时确认隧道本体结构的灾害发生点，所述通信传输模块用于将去除噪声后的频率信号传送给所述数据处理与分析单元；

所述数据处理与分析单元与所述数据存储与人机交互单元连接。

优选地，所述通信传输模块包括无线通信模块、路由器和协调器，所述无线通信模块将频率信号以无线传输方式发送给最近的路由器，由路由器传递至协调器，再由协调器将数据传递给数据处理与分析单元。

优选地，所述通信传输模块采用ZigBee双向无线通信技术。

优选地，所述通信传输模块采用网状拓扑结构进行组网，使所有路由器都可转发命令和数据并和传输范围内的所有无线通信模块通信，避免当某一个路由器出现问题时导致该条路由断开而使得远离协调器的部分无线通信模块脱离网络。