结构健康监控 | 采用光学技术进行隧道监控

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采用光学技术进行隧道监控

隧道是现代建筑结构的核心之一，无论是大型城市、山体或是水下，提供更快速的连接并缩短距离。但是如何保证它们是安全的？

如今，现代监控系统可以进行可靠的隧道状态监控，布拉格光纤技术在其中扮演了重要的角色。隧道机械变形会带来显著的安全隐患，特别是在隧道或周边工程建设过程中，其可以快速且可靠地检查结构的稳定性。

用于隧道监控的传感器技术所面临的挑战

传感器是否能在预定时间段可靠地提供所需的信号，包括短期和长期过程。
长电缆通常用于隧道，因此测量信号的质量是否能在长距离传输过程中得到保证。
监控系统的安装是否会影响隧道交通。
根本的问题是，何种测量量和模型是合适的，例如如何触发报警。

以上提及几点，基于布拉格光栅光纤传感器，过去数年来，已经发展成传统监控系统强大的替代技术。

布拉格光纤技术解决方案

布拉格光栅传感器可以测量 多种物理量 ，例如温度和应变等。除了其优秀的长期稳定性以外，还有一个巨大的优势，即测量值可以 远距离传输 ，并且几乎没有任何质量上的损失。另外，单根光纤可以容纳多个布拉格光栅传感器，能够大幅减少传感器安装工作量。这是非常关键的，因为隧道往往有数公里长。

SysTunnel系统组件

1. 用于测量应变和温度的传感器 ，传感器可以焊接在金属梁上，嵌入混凝土墙或粘在表面。这些“传感器环”可以安装在不同的隧道段，并通过光纤电缆相互连接。

结构健康监控 | 采用光学技术进行隧道监控的图1

结构健康监控 | 采用光学技术进行隧道监控的图2

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2. 用于处理布拉格光栅信号的光纤解调仪

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FS22工业 BraggMETER (可选机架安装)

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MXFS QuantumX BraggMETER光纤模块

3. 用于处理测量数据的软件

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catman 软件

"SysTunnel"是HBM FiberSensing开发的特殊系统解决方案，能够充分利用布拉格光栅技术的优势。

MEMCOT方法用于几何变形可靠测量

SysTunnel采用MEMCOT方法用于测量和计算。 MEMCOT来源于材料理论，可以持续检查隧道的位移，其通过隧道轮廓和随时间的变形来进行变形测量。这种径向偏移和位移数学模型对于基于轴向应变的隧道监控是必不可少的。

结构健康监控 | 采用光学技术进行隧道监控的图7

这种方法在实际应用中有多种优势，因为MEMCOT是测量每个测量点的 绝对运动 ，每个区域的几何偏差都可以进行测定，而其他监控方法往往假设隧道运动是对称的(其并不是总是正确的)。另外，SysTunnel可以测定变形，而传统的监控系统是无法实现的。

布拉格传感器的优势

SysTunnel不仅适合短期也非常适合长期监控。这个系统可以在日常操作中使用。Rossio隧道和São Paulo Metro隧道就是最好例证。一旦安装完成，SysTunnel就可以对隧道进行可靠地监控。其不仅可以长期采集测量数据，还能够对报警进行设置，一旦隧道产生显著变形时将 自动报警 。

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