一种分布式隧道加固钢环失效监测装置及方法与流程

文档序号:20673708发布日期:2020-05-08 17:35阅读:来源:国知局

技术特征:

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。


技术总结
本发明公开了一种分布式隧道加固钢环失效监测装置及方法,属于分布式光纤传感领域。该装置包括光源模块、传感模块和加固钢环失效诊断模块;其中,加固钢环失效探测模块基于传感光纤中反射光的相位随隧道管壁与钢环间空腔的谐振频率而变化的原理,将隧道管壁与钢环间空腔的谐振状态转化为反射光的相位变化信息来采集带有谐振信息的钢环失效状态信号。本发明通过对采集到的谐振信号进行处理,将实时测得的幅频信号与不失效时的标准信号进行比对,判定钢环是否失效。本发明通过分布式光纤振动传感实现对加固钢环失效状态的全天候、实时、在线监测,解决了现有技术中无法实时监测加固钢环状态的难题。

技术研发人员:孙琪真;胡蝶;田彬;刘涛;李豪;贺韬;范存政;刘懿捷;谯伟;李通达
受保护的技术使用者:华中科技大学
技术研发日:2019.12.31
技术公布日:2020.05.08
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