分布式光纤光栅传感器长距离自动测量监控预警系统

1、项目名称：分布式光纤光栅传感器长距离自动测量监控预警系统 专利转让项目价值： 1 目前，国内外尚无实用的该系统，详下面的监控系统介绍。 2 估算，全国地铁建设规模，不久将达到5000公里，上海已经达到500公里，该系统市场投资额在系统设计施工150亿200亿，长期服务费在每年1050亿，取决于是否甲方投资、或双方投资。每公里造价50万（产品直接费）400万（按70%利润报价），取决于监测标的、光纤保护要求等。该系统，具有绝对竞争优势。3 系统研发及实验段设计施工（包括软件开发），6个月内可以完成。先期投入启动费用50200万元。4 专利转让2000万元（基本在系统推广后逐步支付），及49%股权

2、。5 实验段，在落实中。6 实验段，如果是自费，可做100200米，估算材料、施工费用1020万元；100万的光纤光栅调制解调仪，由设备合作方提供；其它投入，软件设计：初期简易10万（基本完成），后期完善10万。7 有意向，提供具体监控方案供论证。有效期3个月，电道施工事故，自20042008年的统计，呈下降趋势。但后来，仍然重大事故不断。隧道的变形及事故，以施工阶段最为突出，因此，施工阶段自动化监控、预警，是该系统的另一个发展方向。该系统既可以用于施工监控，也可以施工、运营共用，降低重复成本。可以通过自投资系统开发：自投资系统设计、地面测试，产品完善后，首先进行公路

3、隧道的施工、运营监测项目投标或寻求推广系统使用。系统经验证、完善后，再参与地铁隧道的施工监测、运营监测投标。 1）光纤确定、标定；光纤力学物理参数实验测定。 2）方案的工艺设计：封装盒、夹具、零件、专用施工工具等设计。 3）地面模拟系统测试、完善。总投资，50万元可完成系统的地面、或公路隧道的系统开发、测试、完善、及验证。但，较短的隧道，不适合于本系统，一台调解仪，价值超过100万。 分布式光纤光栅传感器自动测量监控预警系统 代替人工测量已经达到实用程度一 前言 实用化分布式光纤光栅传感器长距离自动测量监控预警系统（以下简称该系统），与人工测量及目前的现有分布式光纤光栅传感器系统（以下简称现有

4、系统）相比，具有如下优势先进性 与人工测量相比：可实现24小时不间断自动化测量、监控、预警。高于人工测量精度，避免人为误差及疏忽。测量、监控内容全面（沿隧道纵向设置测量回路，或称作测量带）可以测量、监控测量带上、沿纵向的所有管片。 精确计算各测点的三维坐标，从而计算测量所需的每个管片段的水平、竖向位移、轴向（纵向）位移，并推算出隧道的收敛、开度等。 该系统，是根据宋启宽等发明专利：分布式光纤光栅传感器长距离自动测量监控预警系统，用于地铁隧道的实用技术和方法，进行的实例化方案。解决了单纤的裸纤脆弱问题；解决了传感器定位误差问题；提供了测点三维绝对坐标定位的技术方案及计算方法等，为分布式光纤光栅传

5、感器系统的应用开创新的一页。 先进性 与现有系统相比：现有分布式光纤光栅传感器系统，由于没有研究透和充分发掘系统的作用只能测量传感器两端点间的应力、应变、温度。不能给出各端点的三维坐标，因此不能取代人工测量。目前，应用较多的，除了广泛用于温度的监控，大都利用光纤光栅可以精确测定传感器的应变，用于计算感器两端点的，沿传感器方向的一维坐标相对位移，并且不能计算出端点的一维绝对或相对坐标值。现有系统，一般采用裸纤作为传感器，极容易断裂，使得系统达不到实用程度。在申通的某段地铁隧道的试验中，改用了将裸纤贴于钢管上，其缺陷：制作工艺复杂，提高造价，过多的光纤断头及材质差异，降低测量精度（温度补偿等因素）

6、。自动化监控预警，代替人工测量，杜绝人为疏忽，是必然趋势，即使不具经济性。经济性及系统简介该系统，是最可能经济的对全部沿纵向管片进行监控、测量的系统。该系统，由一台主机（激光发生解调接收器）少于150万元人民币，可服务20公里以内的范围；以及沿隧道纵向全程布置的条状测量带组成。测量带，由多条毛细钢管封装单纤组成，每间隔约1.2米（每段管片）设测点23个，全部光纤采用C型不锈钢管套保护（这是最主要成本）。总投资，估算每公里不超过300400万元人民币。该系统是做到精确测量，测点最多（覆盖全部纵向管片，每公里超过5000测点），投资最省，测量内容最齐全的自动化测量监控系统。随着先进技术的开发使用，

7、避免人工频繁进入隧道，上海地铁运营监测，已经逐步过度到自动化检测。目前的其它自动监测系统，投资大，或测量内容不全面，往往需要人工辅助测量。如果希望达到较齐全的测量（水平、竖向、纵向位移、收敛、开度）数据，估计每公里超过12001500万元人民币。目前，应用较多的是智能型全站仪，一般精度为（5mm+5ppm），这种速测仪出现较早，并且进行了不断的改进，可将光学角度读数通过键盘输入到测距仪，对斜距进行化算，最后得出平距、高差、方向角和坐标差，这些结果都可自动地传输到外部存储器中。全站型电子速测仪则是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标测量系统，测量结果能自动显示，并能与外围

8、设备交换信息的多功能测量仪器。由于全站型电子速测仪较完善地实现了测量和处理过程的电子化和一体化，所以人们也通常称之为全站型电子速测仪或简称全站仪。其经典代表为徕卡公司的TC系列全站仪。其计算模型，建立在两测点间，已知某测量项，根据三角关系，推算其它测量项。但实际上，隧道的所有不同管片上的测点，都是有相对变位的，存在测不准原理。虽然可以使用校准方法补偿，但由于精度不够，系统误差过大。全站仪的最大问题是通过光学瞄准识别精度不高，误差大，不能准确测距，存在测不准原理。 最近，倾角仪的性价比已经达到实用程度，非常实用于隧道施工的自动化实时监控。但不实用于隧道的运营监控，除其投资成本极高之外，关键在于测

9、点太少，需要对隧道的各种变形计算，进行刚性假设及曲线拟合等粗算，不能对测点进行精确三维坐标定位。可靠性该系统，采用多路光纤测量回路，超冗余度测量。即使多根光纤出现故障，也不影响正常使用，便于集中定期维护，提高系统测量精度及降低累计误差。所有螺栓，为特制螺栓，采用结构胶封闭，并且，大多螺栓封闭于封装盒内，可保障无异物脱落。该系统，采用毛细钢管封装光纤，解决了光纤自身的脆弱缺陷，全程采用不锈钢套管保护，大为降低维护次数。地铁隧道原设计，没有考虑加装该系统的位置，这是最大的困难。但，加装自动化监控系统，是必然趋势，该方案，找到了合适位置，但需专家论证：加装该系统，并不影响隧道的正常使用功能。二 该系

10、统方案及工艺简述DTS分布式光纤自动测量、监测系统，由一台主机（光纤光栅调制解调器）及多条单纤回路组成。下面，仅仅就光纤回路系统的布置，具体介绍布置方案。该系统，由两部分组成，第一部分，为测量回路，为主要系统；第二部分，为可选回路系统，可做多组，一般，只需要最两组，就可满足全部隧道每个管片段的收敛、开度等的计算。系统布置，详见图-1。根据管片环向两端简支、半刚性假定，为简化施工及降低造价，最佳实施方案，见图-2。从略。专利摘要：2014012400315450本发明分布式光纤光栅传感器长距离自动测量监控预警系统，包括由一个或多个测量回路组成；其中每个测量回路是由传感器组成空间结构体所形成的空间体测量回路，或由传感器按平面几何布置形成平面测量回路；传感器相互连接形成超静定或静定结构