本发明属于高速铁路沉降监测技术领域，具体涉及一种基于光纤光栅的高速铁路沉降监测系统，用于对高速铁路沉降进行检测。
背景技术：
近年来，高速铁路的基础建设发展迅猛，高速行车也给线路结构系统带来了更高的平顺要求。如何高精度、实时动态、长期稳定的对高速铁路结构沉降变形进行监测成了目前的关键技术问题。
目前采用的传统静力水准仪多为接触式测量，用液面接触的浮球高度变化来反应液面的高度变化，导杆连接浮球随水位变化，传感器安装在导杆上将变化值转换为电信号，发送到采集端。这种浮球测量方式存在较大的误差，主要是浮球浸润、导杆倾斜、温度气压导致的浮力变化造成的误差。
目前传统静力水准仪传感元件主要使用的有：电感式、振弦式、电容式。已有路基沉降监测设备存在如下问题：损坏率高、精度相对较差、长期稳定性差、需要定期重新标定、易受电磁干扰、布线多等等缺陷。
技术实现要素：
本发明为了解决现有高速铁路沉降监测系统存在着精度低的问题，而提供一种基于光纤光栅的高速铁路沉降监测系统，具有监测精度高的特点，同时在使用过程中具有不易损坏、稳定性高、不需要重新标定、以及不易受电磁干扰的特点，同时本发明还能够减少布线。
为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于光纤光栅的高速铁路沉降监测系统，其特征在于，包括至少两个安装在监测面上的光纤光栅水准仪，所述光纤光栅水准仪包括壳体，所述壳体的底部安装在底座上，壳体内部安装有弹性波纹膜片，弹性波纹膜片将壳体分为上部的盛液区和下部的安装腔，弹性波纹膜片的下端面安装有两个光栅固定柱，两个光栅固定柱之间安装有测压光栅，所述安装腔内还设置有测温光栅，测温光栅和测压光栅连接有数据采集系统，所述数据采集系统将采集的数据发送到控制中心；所述底座经调节螺杆连接有用于安装在监测面上的底板；相邻的光纤光栅水准仪的盛液区的上段经通气管连通，其中一通气管上开设有气孔，通气孔的目的是保持各个监测点壳体内的液面以上压力的恒定，相邻的光纤光栅水准仪的盛液区的下段经通液管连通。
所述调节螺杆配设有调节螺母，所述底座上安装有气泡水平仪。
所述测温光栅封装在毛细管内。
所述测温光栅和测压光栅的尾纤熔接在一起后经光纤与数据采集系统连接。
所述弹性波纹膜片与壳体焊接连接。
所述测压光栅施加预应力后通过环氧胶粘贴在两个光栅固定柱之间。
所述盛装区内盛装水或者防冻液，当环境温度在0℃以上时使用水可以降低成本，在高寒地区进行监测时使用防冻液。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明各个监测点之间的相对沉降导致盛液区的液位发生变化，此时弹性波纹膜片随之发生挠度形变，光栅固定柱之间的相对位置随着弹性波纹膜片形变而变化，使得测压光栅发生应变，最终引起测压光栅波长发生变化，通过测量测压光栅波长的变化就可以活着盛装区液位的变化情况，同时通过测温光栅得到环境温度，可提出温度效应引起的测压光栅波长的变化，从而实现温度和沉降的同时测量。相比现有技术本发明具有系统结构简单、性能稳定的特点，提高了测量的精度，同时还能够减少布线。本发明不再使用传统静力水准系统中的传感元件，采用光纤光栅传感元件，具有信号衰减小、抗干扰能力强、耐高温、耐腐蚀、灵敏度高、易集成等优点。
本发明不再使用传统的静力水准系统中采用的浮球而使用的是基于光栅光纤技术的静力水准系统，有效的避免了浮球浸润、导杆倾斜、温度气压的变化导致的浮力变化造成的误差，有效的提高了结构物竖向位移的监测精度。
同时本发明通过数据采集系统传输至控制中心，能够实现长期无人自动化远程监测。
附图说明
图1为本发明的一实施例的结构示意图
图中标记：1、壳体，2、盛液区，3、弹性波纹膜片，4、光栅固定柱，5、测压光栅，6、光纤，7、测温光栅，8、通气管，9、通液管，10、气泡水平仪，11、调节螺母，12、调节螺杆，13、膨胀螺栓，14、底座，15、底板，16、监测面，17、数据采集系统，18、控制中心。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
结合附图，本发明的基于光纤光栅的高速铁路沉降监测系统，包括至少两个安装在监测面上的光纤光栅水准仪，所述光纤光栅水准仪包括壳体1，所述壳体1的底部安装在底座14上，壳体1内部安装有弹性波纹膜片3，弹性波纹膜片3将壳体1分为上部的盛液区2和下部的安装腔，弹性波纹膜片3的下端面安装有两个光栅固定柱4，两个光栅固定柱4之间安装有测压光栅5，所述安装腔内还设置有测温光栅7，测温光栅7和测压光栅5连接有数据采集系统17，所述数据采集系统17将采集的数据发送到控制中心18，其中用于用于采集测温光栅和测压光栅数据的数据采集系统17属于现有技术产品，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述，数据采集系统可以通过gprs等方式将数据传输给控制中心18，控制中心18也属于现有技术，在此不再赘述；所述底座14经调节螺杆12连接有用于安装在监测面16上的底板15，其中底板15通过膨胀螺栓13与监测面16连接；相邻的光纤光栅水准仪的盛液区2的上段经通气管8连通，其中一通气管8上开设有气孔，通气孔的目的是保持各个监测点壳体内的液面以上压力的恒定，相邻的光纤光栅水准仪的盛液区2的下段经通液管9连通。
本发明各个监测点之间的相对沉降导致盛液区的液位发生变化，此时弹性波纹膜片随之发生挠度形变，光栅固定柱之间的相对位置随着弹性波纹膜片形变而变化，使得测压光栅发生应变，最终引起测压光栅波长发生变化，通过测量测压光栅波长的变化就可以活着盛装区液位的变化情况，同时通过测温光栅得到环境温度，可提出温度效应引起的测压光栅波长的变化，从而实现温度和沉降的同时测量。相比现有技术本发明具有系统结构简单、性能稳定的特点，提高了测量的精度，同时还能够减少布线。本发明不再使用传统静力水准系统中的传感元件，采用光纤光栅传感元件，具有信号衰减小、抗干扰能力强、耐高温、耐腐蚀、灵敏度高、易集成等优点。
本发明不再使用传统的静力水准系统中采用的浮球而使用的是基于光栅光纤技术的静力水准系统，有效的避免了浮球浸润、导杆倾斜、温度气压的变化导致的浮力变化造成的误差，有效的提高了结构物竖向位移的监测精度。
同时本发明通过数据采集系统传输至控制中心，能够实现长期无人自动化远程监测。
作为本发明一种选择的方式，所述调节螺杆12配设有调节螺母11，所述底座14上安装有气泡水平仪10，在安装的过程中，通过观察气泡水平仪，通过调节调节螺母11使得底座处于一水平状态。
作为本发明一种优选的方式，所述测温光栅7封装在毛细管内，通过测温光栅7得到环境温度，可提出温度效应引起的测压光栅波长的变化，从而实现温度和沉降的同时测量。。
作为本发明一种优选的方式，所述测温光栅7和测压光栅5的尾纤熔接在一起后经光纤6与数据采集系统连接。
作为本发明一种选择的方式，所述弹性波纹膜片3与壳体1焊接连接。
所述测压光栅5施加预应力后通过环氧胶粘贴在两个光栅固定柱4之间，从而使得测压光栅处于悬空紧绷的状态。
所述盛装区2内盛装水或者防冻液，当环境温度在0℃以上时使用水可以降低成本，在高寒地区进行监测时使用防冻液。
本发明在制作的过程中，接头处做好防水密封处理。
本发明的监控方法为：
a.通过调平螺母和气泡水平仪安装相对稳定点(基准点)和待测各点的光纤光栅水准仪，一起安装在相对平整底板上。
b.使用透明pvc软管网和三通接头连接各个光栅光纤水准仪，加液去泡，连接通气管。
c.所有光纤连接数据采集系统，通过grps等方式与通讯中心相连。
d.测量原理记录初设状态读数：，λi为第i时刻测压光栅读数，λ0为初始时刻测压光栅读数，ti为第i时刻测温光栅读数，t0为初始时刻测温光栅读数。k为传感器灵敏度。
δhi为任一测点在第i时刻容器内液面相对于初始时刻的高度变化；
δhi＝k×[(λi-λ0)-(ti-t0)]
即可得出第i时刻任一测点相对于基准点的竖向位移δhi。
δhi＝δh测i-δh准i。