1.一种分布式隧道加固钢环失效监测装置,其特征在于,包括光源模块(201)、传感模块(202)、加固钢环失效诊断模块(203);
所述光源模块(201)用于产生c波段的窄线宽激光信号;
所述传感模块(202)用于探测隧道管片与加固钢环间的谐振信号,将隧道管片与加固钢环的贴合状态转化为谐振信号的幅频信息;
所述加固钢环失效诊断模块(203)用于提取稳定的有效信息,判断加固钢环是否失效,并根据失效程度发出预警信息。
2.如权利要求1所述的分布式隧道加固钢环失效监测装置,其特征在于,所述传感模块(202)包括传感光纤(301)、固定单元(302)和消噪单元(303)。
3.如权利要求2所述的分布式隧道加固钢环失效监测装置,其特征在于,所述光源模块(201)发出的窄线宽激光信号经调制后注入传感光纤(301),隧道管片与加固钢环间的谐振引起传感光纤(301)中后向散射光信号的相位改变,所述后向散射光信号与本振信号相干,对相干信号进行解调以获取光信号的相位信息,然后通过相位解调进一步得到所述谐振信号的幅频信息。
4.如权利要求2所述的分布式隧道加固钢环失效监测装置,其特征在于,所述固定单元(302)包括环氧胶和环形钉,用于将所述传感光纤(301)固定至隧道管片和加固钢环的内壁上。
5.如权利要求2所述的分布式隧道加固钢环失效监测装置,其特征在于,所述消噪单元(303)包括:
物理消噪单元,包括可粘贴隔音棉,用于去除传感光纤附近的物理噪声;
算法消噪单元,利用小波变换把含噪信号分解到多尺度中,在每一尺度下把属于噪声的小波系数去除,保留并增强属于谐振频带信号的小波系数。
6.如权利要求2所述的分布式隧道加固钢环失效监测装置,其特征在于,所述传感光纤(301)从加固钢环的一端,沿着垂直于隧道轴向的方向紧密贴合加固钢环开始布设,到达加固钢环另一端后,再沿相反方向往回布设,循环此过程,从而传感光纤(301)沿加固钢环内壁迂回布设数圈。
7.如权利要求6所述的分布式隧道加固钢环失效监测装置,其特征在于,所述传感光纤(301)沿加固钢环内壁布设时,传感光纤(301)每布设2m,就将其盘绕成环50cm用作预留光纤,而后继续布设。
8.如权利要求6或7所述的分布式隧道加固钢环失效监测装置,其特征在于,加固钢环失效诊断模块(203)包括:
采集模块,用于实时采集并提取有效区段的幅频信息,采用标定的方式确定有效信号对应于加固钢环上具体位置的坐标;
失效判定模块,把不失效状态下的幅频信息作为标准信号,将采集到的信号与标准信号对比,若与标准信号的频率或幅值不一致,则判断加固钢环失效。
9.如权利要求8所述的分布式隧道加固钢环失效监测装置,其特征在于,采集模块对布设在加固钢环内壁的光纤进行标定,通过事先标定所述预留光纤的位置,判定所述预留光纤所在区域的信号为无效信号并筛除,选取有效信号送入所述失效判定模块。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述的分布式隧道加固钢环失效监测装置的监测方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将隧道中列车行进时的声音作为声源,引起隧道管片与加固钢环间空腔的谐振;
(2)所述谐振作用于加固钢环内壁的传感光纤上,获取所述传感光纤中因谐振而改变的光相位信号,将所述光相位信号转化为谐振信号的幅频信息;
(3)从所述幅频信息中提取有效信号,并作收敛性判断:每秒循环测量n次,求取第n次测量信号对于第n-1次测量信号的相对误差,若相对误差小于5%,则判定为真实的有效信号,并将其与标准信号进行比对以判断加固钢环是否失效,根据失效程度发出预警信息;若误差大于等于5%,判定为干扰信号并舍弃。