目前，我國軌道交通發展迅猛，軌道交通的結構健康監測的重要性日漸突出。軌道交通地下隧道一般建在軟土層中
，多處於地質複雜、地(di)下(xia)管(guan)道(dao)密(mi)集(ji)的(de)鬧(nao)市(shi)中(zhong)心(xin)。加(jia)上(shang)地(di)鐵(tie)沿(yan)線(xian)區(qu)域(yu)的(de)城(cheng)市(shi)建(jian)設(she)和(he)不(bu)均(jun)勻(yun)沉(chen)降(jiang)等(deng)原(yuan)因(yin)
，會(hui)造(zao)成(cheng)地(di)下(xia)隧(sui)道(dao)結(jie)構(gou)變(bian)形(xing)
，給(gei)地(di)鐵(tie)的(de)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)帶(dai)來(lai)安(an)全(quan)隱(yin)患(huan)
，甚(shen)至(zhi)會(hui)對(dui)周(zhou)邊(bian)環(huan)境(jing)或(huo)建(jian)築(zhu)造(zao)成(cheng)沉(chen)降(jiang)和(he)位(wei)移(yi)等(deng)。當(dang)變(bian)形(xing)超(chao)出(chu)安(an)全(quan)範(fan)圍(wei)，隧(sui)道(dao)會(hui)發(fa)生(sheng)塌(ta)方(fang)、透水等危及人身和財產安全的重大事故。因此，對地下隧道結構變形的安全狀況實時監控越來越重要。由於地下隧道監控數據點種類多
、huanjingfuza，bingqiefenbufensan，duidixiasuidaojiankongwangluobuzhijichuanganqitichulegenggaodeyaoqiu。chuantongdedixiasuidaobianxingjiancejishuzhinengyongyusuidaoshigonghesuidaojianchengfeiyunyingshiduandejiance，quebunengduisuidaoneizhengchangyunyingdegaomiduxingchequjianjinxingquantianhoushishijiance，yebunengduicaijidaodexiangguanshujushishifenxi，zheyangjiubunengquanmiandilejiedixiasuidaoyunyingqijiandejiegouxingbian
，zaochenghenduosuidaobinghaishigudebudaojishideyujing。wuxianchuanganqiwangluojuyoubujulinghuo、結構易變
、生命力較強等特點；MEMS傳感器具有體積小、重量輕、功耗低、易於集成以及耐惡劣工作環境等優勢，極大地促進了傳感器的微型化
、智能化、多功能化和網絡化。將MEMS技ji術shu和he無wu線xian傳chuan感gan器qi網wang絡luo技ji術shu相xiang結jie合he，用yong於yu結jie構gou安an全quan健jian康kang檢jian測ce，已yi經jing成cheng為wei土tu木mu工gong程cheng領ling域yu的de前qian沿yan方fang向xiang。本ben文wen根gen據ju地di下xia隧sui道dao環huan境jing複fu雜za的de特te點dian

，設she計ji了le一yi種zhong結jie合heMEMS技術和無線傳感器網絡的無線傾角傳感器。

 

 

1、無線傾角傳感器

 

 

wuxiiot傳感的無線傾角傳感器采用最先進的無線物聯網技術——LORA技術，同時具有低功耗和長距離通信的特性
，通信距離可達5km
，傳感器內置單/雙(shuang)通(tong)道(dao)地(di)球(qiu)引(yin)力(li)傾(qing)斜(xie)單(dan)元(yuan)，通(tong)過(guo)測(ce)量(liang)靜(jing)態(tai)重(zhong)力(li)加(jia)速(su)度(du)
，轉(zhuan)換(huan)成(cheng)傾(qing)角(jiao)變(bian)化(hua)。從(cong)而(er)可(ke)以(yi)測(ce)量(liang)傳(chuan)感(gan)器(qi)輸(shu)出(chu)相(xiang)對(dui)於(yu)水(shui)平(ping)麵(mian)的(de)傾(qing)斜(xie)角(jiao)度(du)。能(neng)實(shi)時(shi)輸(shu)出(chu)當(dang)前(qian)的(de)姿(zi)態(tai)傾(qing)角(jiao)。無(wu)線(xian)傾(qing)角(jiao)傳(chuan)感(gan)器(qi)使(shi)用(yong)簡(jian)單(dan)，是(shi)角(jiao)度(du)物(wu)理(li)量(liang)檢(jian)測(ce)和(he)監(jian)測(ce)的(de)理(li)想(xiang)選(xuan)擇(ze)，抗(kang)外(wai)界(jie)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)強(qiang)、可適應在工業惡劣環境中長期工作。

 

產品特點

 

●  超低功耗，使用壽命＞10年@每小時采集並發送一組數據

 

●  長距離通信，相鄰通信節點距離可達5km以上

 

●  無線自組網功能，傳感器能夠與LORA數據接收器自動完成組網，網絡連通率高

 

●  外形小巧

，重量輕，方便安裝

 

產品參數

 

 

2、LoRa數據接收器

 

 

wuxiiot傳感的MMS-F-1000型LoRa數據接收器能為各種LoRa無線傳感器提供網絡路由，接收網絡範圍內所有傳感器發送的數據
，同時把接收到數據進行打包並通過USB接口傳輸給後台的解調軟件
，MMS-F-1000型LoRa數據接收器采用USB供電
，使用方便
，配合筆記本電腦和解調軟件，非常適用於工程現場的臨時數據采集和分析。

 

產品特點

 

●  長距離通信，網絡覆蓋半徑可達5km以上

 

●  自動組網

，無需現場配置

 

●  外形小巧，重量輕，使用方便

 

產品參數

 

 

三、產品應用

 

無線傾角傳感器采用電池供電，將MEMS無線傾角傳感器安裝在盾構隧道內襯砌圓環的管片上，包括封頂塊
、鄰接塊、標準塊、封底塊和塊與塊間以環向螺連接構成的縱向接頭等不同部位
；實時測量隧道管片內各部位的傾斜角度
，通過組合計算得出管片的實際形變


，實現對隧道結構變化準確、有效地實時監測，應用示意如圖(c)所示。

 

 

 

地下隧道環境複雜，主要存在兩種因素：溫度擾動和振動幹擾會對傾角傳感器的測量精度造成影響
，影響測量角度的準確性。

 

4.I溫度幹擾

 

地鐵係統的地下隧道是一個由車站、隧sui道dao和he通tong風feng豎shu井jing組zu成cheng的de複fu雜za三san維wei網wang絡luo，空kong氣qi的de流liu通tong狀zhuang態tai會hui造zao成cheng地di下xia隧sui道dao不bu同tong節jie點dian處chu溫wen度du的de變bian化hua。隧sui道dao土tu層ceng對dui熱re量liang的de吸xi收shou和he傳chuan導dao也ye會hui影ying響xiang溫wen度du場chang的de分fen布bu規gui律lv。因yin此ci，地di下xia隧sui道dao是shi一yi個ge複fu雜za的de溫wen度du梯ti度du場chang
，溫wen度du的de變bian化hua會hui對dui傳chuan感gan器qi的de精jing度du造zao成cheng一yi定ding影ying響xiang。

 

SCAl00T是一種靜態加速度的傾角傳感器
，重力和傳感器加速度靈敏軸之間的夾角就是傾斜的角度，其傾斜角度的轉換模型為

 

 

式中：a為傾斜角度，Uout為SCA100T的輸出電壓
，V0為傳感器在角度為O°時的輸出電壓，S為(wei)芯(xin)片(pian)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)。由(you)於(yu)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)會(hui)引(yin)起(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)偏(pian)移(yi)，考(kao)慮(lv)到(dao)地(di)下(xia)隧(sui)道(dao)溫(wen)差(cha)的(de)實(shi)時(shi)變(bian)化(hua)
，需(xu)要(yao)提(ti)取(qu)隧(sui)道(dao)中(zhong)的(de)溫(wen)度(du)信(xin)息(xi)
，補(bu)償(chang)傾(qing)角(jiao)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)偏(pian)移(yi)電(dian)壓(ya)，從(cong)而(er)減(jian)小(xiao)溫(wen)度(du)幹(gan)擾(rao)對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)精(jing)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)。

 

4.2振動幹擾

 

地下隧道環境內振動噪聲主要來源於機車行駛過程中產生的振動。文獻指出
，當前地鐵產生的振動噪聲的頻率一般在20---200 Hz
，峰值一般出現在20～80HZ。

    

在上海地鐵11號線昌吉東路站對振動信號進行檢測，利用加速度傳感器對振動信號進行采樣

，采樣頻率為5 kHz
，采樣點數為32678
，得到實測地鐵振動信號時域曲線如圖4(a)所示，通過Matlab利用FFT變換得到其頻域曲線，如圖4(b)所示。

    

從圖(4)看出，地鐵振動噪聲頻率主要集中在20---160Hz，其他頻段的分量很小。地鐵振動在隧道結構上產生的噪聲幅值一般是0.029左右。由於SCAl00T分辨率非常高，可以識別出40ugzuoyoudeweijiasuduxinhao，zaiqingjiaoceliangguochengzhonghenrongyishoudaoditiezhendongzaoshengdeganrao。yincixuyaogeikongzhiqixuanzeheshideshuzilvbosuanfa，xiaochuditiezhendongzaoshengduichuanganqijingdudeyingxiang。
 

 

 

 

 

為實現軌道交通地下隧道的實時變形監測和數據的及時反饋分析，結合MEMSjishuhewuxianchuanganqiwangluojishu，shejileyizhonggaojingdudewuxianqingjiaochuanganqi，fenxigezhonghuanjingcanshuduichuanganqijingdudeyingxiang
，tongguoduichuanganqishujuzaoshengpinpufenxi
，xuanzeruanjianlvbofangfa
，chongfenyizhizhendongduichuanganqideyingxiang
，jinyibutishengwuxianqingjiaochuanganqideceliangjingdu。shiyanjieguozhengming：無線傾角傳感器在±30°內的測量精度為0.05°，符合地下隧道變形檢測的功能需求。