一种隧道环境监测装置的制作方法

本实用新型涉及隧道监测技术领域，特别是涉及一种隧道环境监测装置。

背景技术：

伴随着我国经济社会的高速发展，国民经济水平不断取得新的进展，交通建设技术和工程的发展在我国国民经济发展中的作用与日俱增。近年来，全国各地的道路、铁路投资规模逐年扩张，我国的隧道建设也日新月异。越来越多的隧道工程如公路隧道、铁路隧道、地下隧道、海底隧道等已投入运行，极大地改善了现有交通状况。隧道车流量大，运营条件复杂，影响因素众多，隧道结构的稳定性、隧道环境的适宜性和安全性等问题都日渐突出，因此为确保隧道工程状态在建设、运营、维护等期间内的可控和安全，对隧道进行监控量测是必不可少的重要措施。

目前国内现有的隧道环境监测装置主要采用传统的机电式传感器或监测仪器，对隧道进行离散型的布点式监控量测，这类监测装置的缺陷在于：一、需要进行多点位置的反复量测操作，并受量测位置的严重制约，不能实时、有效反应隧道全长范围的重要监测参数变化，难以保证监测质量。二、传统的传感器或监测仪器以电信号为转换及传输的载体，用导线传输电信号，易受到环境的限制，特别是在长距离通信监测时易受电磁干扰的影响，监测误差大。

技术实现要素：

实用新型目的：针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种隧道环境监测装置，结合分布式光纤传感器和布点式机电传感器对隧道环境进行长距离实时监测，减少监测误差，监测数据更全面且安全可靠。

技术方案：一种隧道环境监测装置，包括监测信号采集单元、单片机、通信传输单元和远程监控终端，所述通信传输单元包括4g通信模块和4g网络；所述监测信号采集单元与所述单片机连接，所述单片机与所述4g通信模块连接，所述4g通信模块与所述4g网络连接，所述远程监控终端连接在所述4g网络中并接收所述监测信号采集单元发出的信号，所述远程监控终端包括有显示监测信息的显示单元和发出示警信号的报警单元，其特征在于：所述监测信号采集单元包括分布式光纤传感器组件、风速风向传感器、亮度传感器和噪声传感器；所述分布式光纤传感器组件包括传感光纤和分布式光纤传感器，所述传感光纤沿隧道总长度并行敷设于隧道洞壁上，所述传感光纤的端部与所述分布式光纤传感器连接，所述分布式光纤传感器的信号输出端与所述单片机的信号输入端连接；所述风速风向传感器的数量不止一个，在隧道洞壁的不同位置分别设置且依次连接，所述风速风向传感器的最终信号输出端与所述单片机的信号输入端连接；所述亮度传感器的数量不止一个，在隧道洞壁的不同位置分别设置且依次连接，所述亮度传感器的最终信号输出端与所述单片机的信号输入端连接；所述噪声传感器的数量不止一个，在隧道洞壁的不同位置分别设置且依次连接，所述噪声传感器的最终信号输出端与所述单片机的信号输入端连接。

进一步的，所述分布式光纤传感器为布里渊散射型分布式光纤传感器，可采集温度和应变两个参数信号。

进一步的，所述传感光纤架设成直线状，用于采集整个光纤区域内被测参数的一维分布信号。

进一步的，所述传感光纤架设成光栅状，用于采集整个光纤区域内被测参数的二维和三维分布信号。

进一步的，所述风速风向传感器分别设置在隧道洞壁的隧道入口段、中间段、隧道出口段、人行横通道、车行横通道、应急停车带和隧道风井处进行风速风向参数信号采集。

进一步的，所述亮度传感器分别设置在隧道洞壁的隧道入口段、过渡段、中间段、隧道出口段、人行横通道、车行横通道和应急停车带进行亮度参数信号采集。

进一步的，所述噪声传感器分别设置在隧道洞壁的隧道入口段、中间段、隧道出口段和隧道风机处进行噪声参数信号采集。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点是：第一，本实用新型的隧道环境监测装置，采用了分布式光纤传感器，沿被监测隧道的长度敷设传感光纤，连续长距离、实时、精确监测隧道温度和应变参数的变化，通过传感光纤的不同架设方式，经一次测量就可以获取整个光纤区域内被测量参数的一维或二维、三维分布信号，提供关于隧道温度、洞壁稳定性等准确量测数据。第二，分布式光纤传感器具有耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰、可绕曲性好等优点，可应用于地下隧道、海底隧道等特殊地形隧道，适应性和复用性好，操作简便。第三，本实用新型的隧道环境监测装置，将分布式光纤传感器和机电式传感器(风速风向传感器、亮度传感器和噪声传感器)结合使用，扩展了监测参数的类别和范围，使监测数据更全面。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的装置连接示意图；

图2是本实用新型实施例2的装置连接示意图。

图中：1、传感光纤；2、风速风向传感器；3、亮度传感器；4、噪声传感器；5、隧道洞壁。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1

如附图1所示，一种隧道环境监测装置，包括依次连接的监测信号采集单元、单片机、通信传输单元和远程监控终端。监测信号采集单元采集隧道内需监测的各项参数信号，通过与单片机的连接，将各项参数信号传递至单片机进行信号调理后再传输至通信传输单元；通信传输单元包括4g通信模块和4g网络，4g通信模块与4g网络连接，远程监控终端连接在4g网络中接收经调理传输的各项参数信号；远程监控终端还包括有显示监测信息的显示单元和发出示警信号的报警单元，可对接收的各项参数信号进行有效监控和对应示警处理。

如附图1所示，监测信号采集单元包括分布式光纤传感器组件、风速风向传感器2、亮度传感器3和噪声传感器4。分布式光纤传感器组件包括传感光纤1和分布式光纤传感器；传感光纤1架设成直线状，并沿隧道总长度并行敷设于隧道洞壁5上，用于采集整个光纤区域内被测参数的一维分布信号；分布式光纤传感器为布里渊散射型分布式光纤传感器，可采集温度和应变两个参数信号；传感光纤1的端部与分布式光纤传感器连接，分布式光纤传感器的信号输出端与单片机的信号输入端连接，单片机接收并进行信号调理后，再传输至4g通信模块和4g网络，远程监控终端连接在4g网络中接收经调理传输的信号后进行监测信息的显示和示警。分布式光纤传感器是采用独特的分布式光纤探测技术，对沿光纤传输路径上的空间分布和随时间变化信息进行量测或监控的传感器。布里渊散射型分布式光纤传感器的工作原理基于布里渊散射，即光通过光纤时，光子和光纤中自发热运动产生的声子非弹性碰撞，发生布里渊散射；散射光的频率相对入射光的频率发生变化，变化的大小与散射角和光纤的材料特性有关，主要受温度和应变的影响，通过测定脉冲光的后向布里渊散射光的频移就可实现分布式温度、应变的量测。本实用新型中的分布式光纤传感器组件通过使用连续延伸的传感光纤1代替了安装数量众多的点式温度传感器，实时分布式监测隧道温度的同时不受外界电磁干扰，保证监测数据的准确，便于隧道火灾事故的预警处理和过程控制；本实用新型中的分布式光纤传感器组件还可量测隧道洞壁5的应变参数，对隧道洞壁5的稳定性和安全性进行实时监测，便于隧道养护工程的精确实施。

风速风向传感器2的数量不止一个，分别设置在隧道洞壁5的隧道入口段、中间段、隧道出口段、人行横通道、车行横通道、应急停车带和隧道风井处且依次连接，同时进行风速风向参数信号的采集，风速风向传感器2的最终信号输出端与单片机的信号输入端连接，单片机接收并进行信号调理后，再传输至4g通信模块和4g网络，远程监控终端连接在4g网络中接收经调理传输的信号后进行监测信息的显示和示警。隧道内通风的风速风向不仅影响隧道环境的空气质量、能见度，也是影响隧道安全事故处理，特别是隧道内火灾险情发展的重要因素。本实用新型中的风速风向传感器2设置在隧道洞壁5的各区段对隧道通风进行线性动态监测，保障隧道环境质量。

亮度传感器3的数量不止一个，分别设置在隧道洞壁5的隧道入口段、过渡段、中间段、隧道出口段、人行横通道、车行横通道和应急停车带处且依次连接，同时进行亮度参数信号的采集，亮度传感器3的最终信号输出端与单片机的信号输入端连接，单片机接收并进行信号调理后，再传输至4g通信模块和4g网络，远程监控终端连接在4g网络中接收经调理传输的信号后进行监测信息的显示和示警。驾驶员在行车进出隧道时会受到隧道内外光环境巨大变化差异所带来的影响；由于隧道的长管形状空间及其封闭性的影响，加强隧道照明亮度，保障隧道能见度，是保证隧道环境安全的一个重要环节。本实用新型中的亮度传感器3设置在隧道洞壁5的重点亮度变化监测区段，及时传输隧道内不同区段的亮度监测信号，便于远程监控终端进行隧道照明亮度的调整，保障行车安全。

噪声传感器4的数量不止一个，分别设置在隧道洞壁5的隧道入口段、中间段、隧道出口段和隧道风机处且依次连接，同时进行噪声参数信号的采集，噪声传感器4的最终信号输出端与单片机的信号输入端连接，单片机接收并进行信号调理后，再传输至4g通信模块和4g网络，远程监控终端连接在4g网络中接收经调理传输的信号后进行监测信息的显示和示警。隧道工程材料多为刚性声学材料，极易将声音反射，特别是对于低频率声音频带在隧道中易形成较长的混响时间。混响时间增加，除了会导致隧道内噪声增加，也容易对驾驶员身体产生共鸣造成生理影响，增加烦躁心理；此外混响时间过长对于人耳听觉也易产生遮蔽效应，干扰听力导致误判隧道内的声音信息。本实用新型中的噪声传感器4可有效监测隧道主要区段的噪声信息，及时分析和处理，改善隧道型公共设施的声环境。

本实用新型的隧道环境监测装置，采用了分布式光纤传感器，沿被监测隧道的长度敷设传感光纤1，连续长距离、实时、精确监测隧道温度和应变参数的变化，提供关于隧道温度、隧道洞壁5稳定性等准确量测数据。分布式光纤传感器具有耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰、可绕曲性好等优点，可应用于地下隧道、海底隧道等特殊地形隧道，适应性和复用性好，操作简便。本实用新型的隧道环境监测装置，将分布式光纤传感器和风速风向传感器2、亮度传感器3和噪声传感器4此类机电式传感器结合使用，扩展了监测参数的类别和范围，使监测数据更全面。

实施例2

本实施例与实施例1相同的结构、工作原理和作用，省略其说明。如附图2所示，不同的是：监测信号采集单元包括分布式光纤传感器组件、风速风向传感器2、亮度传感器3和噪声传感器4。分布式光纤传感器组件包括传感光纤1和分布式光纤传感器；传感光纤1架设成光栅状，并沿隧道总长度并行敷设于隧道洞壁5上，用于采集整个光纤区域内被测参数的二维和三维分布信号；分布式光纤传感器为布里渊散射型分布式光纤传感器，可采集温度和应变两个参数信号；传感光纤1的端部与分布式光纤传感器连接，分布式光纤传感器的信号输出端与单片机的信号输入端连接。