CN116642723A - 一种隧道损伤测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道损伤测量装置及其测量方法，属于隧道测量技术领域，包括监测系统、数据采集系统和数据处理系统，监测系统包括导轨和压电式加速度传感器，压电式加速度传感器在导轨上移动，检测在列车通过隧道状态下隧道衬砌沿着导轨方向各位置的振动加速度，并将振动加速度转化为电信号。本发明通过移动式压电式加速度传感器沿着隧道衬砌上的导轨移动，对隧道衬砌进行实时监测，将隧道衬砌的微小振动加速度转化为便于观察的电信号，可线上随时获取关于隧道衬砌的振动加速度信息，便于及时找到隧道损伤并对隧道进行维护和修理，大大提高了隧道的安全性。

Description

一种隧道损伤测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及隧道测量技术领域，具体地涉及一种隧道损伤测量装置及其测量方法。

背景技术

隧道作为连接各区域交通的重要设施，由于建设后隧道长期处于不同的地质条件和环境，随着时间的推移，隧道衬砌会出现各种不同的病害。若尽快发现隧道病害并及时处理，可避免隧道继续损坏，降低经济损失，节约维护成本。

专利号为CN203084883U的中国实用新型专利，公开了一种隧道震动传感器，具体是通过在隧道墙壁上铺设感应装置，当震感达到列车行驶的标准时，会启动警报器进行报警，该专利是为了感应列车并进行提前示警的作用，并不能达到检测隧道损伤的作用。

为达上述目的，需要一种方便简洁、有效的隧道损伤测量装置及其测量方法，本发明针对以上问题提出了一种新的解决方案。

发明内容

本发明为了克服上述缺点中的至少一个，提供一种隧道损伤测量装置及其测量方法。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种隧道损伤测量装置，包括监测系统、数据采集系统和数据处理系统，

所述监测系统，包括导轨和压电式加速度传感器，所述导轨用于设置在隧道衬砌上，所述导轨贴合隧道衬砌内壁环向设置，若干所述导轨沿隧道衬砌轴向方向每隔一段距离间隔设置，每个所述导轨上均设置一个所述压电式加速度传感器，所述压电式加速度传感器用于设置在所述导轨上并沿着所述导轨移动，用以检测在列车通过隧道状态下隧道衬砌沿着所述导轨方向各位置的振动加速度，并将所述振动加速度转化为电信号；

所述数据采集系统，包括多通道数据采集器，用于接收电信号并将电信号传递至所述数据处理系统；

所述数据处理系统，用于分析电信号获取隧道衬砌的结构信息和时间信息。

在一种可实施方式中，所述导轨上设有能够沿着所述导轨滑动的滑块，所述滑块上设有驱动所述滑块移动的驱动装置，所述驱动装置驱动所述滑块上设置的所述压电式加速度传感器沿着所述导轨移动。

在一种可实施方式中，所述驱动装置包括电机和齿轮，所述导轨上设有和所述齿轮相匹配的齿槽，所述电机的输出轴连接有所述齿轮，以使所述电机驱动所述齿轮转动沿着所述导轨的齿槽内移动。

在一种可实施方式中，所述多通道数据采集器用于接收多个所述压电式加速度传感器的电信号并将多个电信号传递至所述数据处理系统。

在一种可实施方式中，所述监测系统包括摄像头和激光监测发射器，所述摄像头用以获取振动加速度异常隧道衬砌的位置和图像，所述激光监测发射器用以获取振动加速度异常隧道衬砌的三维数据。

在一种可实施方式中，所述隧道损伤测量装置包括远程终端，所述远程终端获取所述数据处理系统分析的隧道衬砌的结构信息和时间信息，并对信息进行监控。

一种隧道损伤测量装置的测量方法，应用于上述任意一项所述的隧道损伤测量装置，所述测量方法包括如下步骤：

压电式加速度传感器沿着导轨移动，在列车靠近和/或通过隧道状态下，获取隧道衬砌沿着导轨方向各位置的振动加速度，并将振动加速度转化为电信号；

数据采集系统接收电信号，并将电信号传递至数据处理系统；

数据处理系统分析电信号，并获取隧道衬砌的结构信息和时间信息。

在一种可实施方式中的测量方法，所述数据处理系统将接收到的电信号和正常值比较，判定变化程度是否超过正常范围，如果变化程度超过正常范围，则通过分析数据得到异常信号的位置信息和数据信息。

在一种可实施方式中的测量方法，所述数据处理系统分析电信号的步骤包括对电信号进行滤除和分解，滤除电信号中的混淆信号，并分解获取幅值、加速度和相位信息。

本发明的有益技术效果：根据本公开内容，该隧道损伤测量装置及其测量方法通过移动式压电式加速度传感器沿着隧道衬砌上的导轨移动，对隧道衬砌进行实时监测，将隧道衬砌的微小振动加速度转化为便于观察的电信号，如发现隧道振动加速度与平时加速度不符，即可初步判断隧道发生病害，从而可以通过线上随时获取关于隧道衬砌的振动加速度信息，便于及时找到隧道损伤并对隧道进行维护和修理，避免隧道衬砌病害扩大化，大大提高了隧道的安全性，有效降低了由病害产生的损失。

附图说明

在附图中，通过实例的方式非限制性地给出以下内容：

图1示出了本发明的导轨安装位置示意图；

图2示出了本发明的整体结构示意图；

图3示出了本发明的电机和摄像头结构示意图；

图4示出了本发明的压电式加速度传感器内部结构示意图；

图5示出了本发明的导轨和滑块结构示意图；

图6示出了本发明测量方法的流程图；

图7出了本发明导轨各测点位置图；

图8示出了本发明实施例中速度为200km/h的列车通过隧道时各测点的加速度有效值数据图；

图9示出了本发明实施例中速度为250km/h的列车通过隧道时各测点的加速度有效值数据图；

图10示出了本发明实施例中速度为300km/h的列车通过隧道时各测点的加速度有效值数据图；

图11示出了本发明实施例中速度为350km/h的列车通过隧道时各测点的加速度有效值数据图。

图中：1、压电式加速度传感器；2、多通道数据采集器；3、导轨；4、电机；5、齿轮；6、摄像头；7、滑块；11、压电元件；12、预压弹簧；13、螺栓；14、质量块；15、基座；16、外壳。

具体实施方式

在下面详细公开中，参照了附图，通过其特征在于一部分，作为可实施的特定实施例的图示，充分描述这些实施例，为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下述描述的实施方式不局限于此，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，该隧道损伤测量装置包括监测系统、数据采集系统和数据处理系统，

监测系统，包括导轨3和压电式加速度传感器1，导轨3用于设置在隧道衬砌上，导轨3贴合隧道衬砌内壁环向设置，若干导轨3沿隧道衬砌轴向方向每隔一段距离间隔设置，每个导轨3上均设置一个压电式加速度传感器1，压电式加速度传感器1用于设置在导轨3上并沿着导轨3移动，用以检测在列车通过隧道状态下隧道衬砌沿着导轨3方向各位置的振动加速度，并将振动加速度转化为电信号；

数据采集系统，包括多通道数据采集器2，用于接收电信号并将电信号传递至数据处理系统；

数据处理系统，用于分析电信号获取隧道衬砌的结构信息和时间信息。

导轨3上的压电式加速度传感器1采集数据后传输到多通道数据采集器2，发送到远程终端，可以在线上实时监测隧道的加速度数据，如发现隧道加速度与平时加速度不符，即可初步判断隧道发生病害，并确定病害处的结构和位置，避免隧道衬砌病害扩大化，大大提高了隧道的安全性，可有效降低由病害产生的损失。

在一种可行实施方式中，若干导轨3沿着隧道方向均匀设置。

环向布置的导轨3材质一般选用钢材质，优选为镇静钢，表面喷涂防腐漆，为了不破坏隧道衬砌表面结构，在隧道衬砌表面使用高强度粘合剂粘贴逐段粘合导轨，并在轨道拱顶处加强保护，以防止导轨脱落。

环向布置的导轨3布设在隧道施工缝位置，从起点每隔一段距离设置一个导轨3和压电式加速度传感器1，距离一般为50m左右，能够充分了解隧道衬砌各位置的振动加速度信号，导轨3贴合隧道衬砌表面，压电式加速度传感器1沿着导轨3滑动，能够接收隧道衬砌沿着导轨3附近的振动加速度信号，通过一个传感器即可接收大面积的振动加速度，相对于设置传感器阵列，大大减少了所需的传感器数量，节约成本，安装更加便捷。通过在隧道衬砌上设置导轨3，使数据测量更灵活，有效的提升了监测效率，节省了人力物力。

压电式加速度传感器1在导轨3的移动方式有两种：一是单向移动时监测隧道振动加速度，优点是移动时的干扰信号可控，便于后期筛除，缺点是压电式加速度传感器1在导轨3上往返移动时，监测的时间缩短了一版，不能完整的反映出列车通过隧道的振动加速度情况。二是往返移动时监测隧道振动加速度，优点是能够完整反映出列车通过隧道的振动加速度情况，数据更加完整，代表性高，缺点是往返时的干扰信号增加，对于后期需要针对性筛除干扰信号。

如图4所示，压电式加速度传感器1包括压电元件11、预压弹簧12、螺栓13、质量块14、基座15和外壳16，压电元件11、质量块14和预压弹簧12均设置在螺栓13上，螺栓13安装在基座15上，基座15上套有外壳16。

可以理解的是，在列车靠近并通过隧道时，会引发隧道衬砌振动，由于微小的振动难以观察并记录规律，通过压电式加速度传感器1检测隧道振动情况更加便于观察，将隧道衬砌振动的加速度转化为电信号，便于观察和记录。压电元件11受力后表面产生电荷，电机经过电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出，将测量力和能变换转化为电的非电物理量。通过压电式加速度传感器1检测隧道振动加速度灵敏度高，且结构简单，成本交低。

压电式加速度传感器1优选为压电式加速度传感器，压电元件11包括两片压电片，压电片的表面镀银层，银层上连接输出导线或在两个压电片之间夹持金属片，进而连接基座15，在压电片上设置一个质量块14，通过预压弹簧12或螺栓13、螺帽对质量块14预加载荷，并在整个组件外头一个金属外壳16，对组件进行隔离，减少对压电元件11的干扰。

当压电式加速度传感器感受到振动时，质量块14感受到与基座15近乎相同的振动加速度，并受到与加速度方向相反的惯性力作用，质量块14就有一正比于加速度的交变力作用在压电片上。由于压电片的压电效应，在两个表面上就产生了交变电荷，当振动加速度远低于传感器固有加速度时，传感器的输出电荷与作用力成正比，即与隧道振动的加速度成正比。输出电量由传感器输出端引出，输入到前置放大器后就可以用普通的测量器测出试件的加速度，如在放大器中加进适当的积分电路，就可以测出检测位置的隧道衬砌振动加速度，进而能够直观的观察到隧道各个位置附近的振动加速度。

如图5所示，在一种可行实施方式中，导轨3上设有能够沿着导轨3滑动的滑块7，滑块7上设有驱动滑块7移动的驱动装置，驱动装置驱动滑块7上设置的压电式加速度传感器1沿着导轨3移动。

可以理解的是，驱动装置驱动滑块7沿着导轨3滑动，优选为趋近于匀速移动，压电式加速度传感器1设置在滑块7上，可以控制压电式加速度传感器1在导轨上的位置，随时测量隧道衬砌的振动加速度。

如图2和图3所示，在一种可行实施方式中，驱动装置包括电机4和齿轮5，导轨3上设有和齿轮5相匹配的齿槽，电机4的输出轴连接有齿轮5，以使电机4驱动齿轮5转动沿着导轨3的齿槽内移动。

电机4安装在滑块7上，电机4运行时输出轴带动齿轮5旋转并沿着导轨3的齿槽移动，进而驱动滑块7能够沿着导轨3移动，进而实现压电式加速度传感器1在隧道衬砌环向移动。优选为滑块7的移动是匀速的，这样产生振动干扰可控，减少对隧道衬砌振动加速度的影响，同时便于后期对滑块7移动所产生的振动影响进行筛除。

如图1所示，在一种可行实施方式中，多通道数据采集器2用于接收多个压电式加速度传感器1的电信号并将多个电信号传递至数据处理系统。

可以理解的是，导轨3和压电式加速度传感器1每隔一段距离布置，通过多通道数据采集器2采集多个压电式加速度传感器1的电信号，并将多个位置隧道衬砌振动加速度的电信号传递至数据处理系统。

压电式加速度传感器1上安装有控制单元、监测单元和数据传输单元，监测单元和数据传输单元电性连接。

如图3所示，在一种可行实施方式中，监测系统包括摄像头6和激光监测发射器，摄像头6用以获取振动加速度异常隧道衬砌的位置和图像，激光监测发射器用以获取振动加速度异常隧道衬砌的三维数据。

可以理解的是，摄像头6优选为全角度摄像头，在检测到隧道病害处时，能够对病害处摄像和/或拍照，并将采集的图像最终传递至远程终端，便于对病害处进行定位，精准的确定病害处的位置并观察病害处的情况，能够及时对隧道进行维护和修理。

可以理解的是，激光监测发射器作为三维激光扫描技术的一种，通过激光扫描的方法快速获取隧道衬砌的三维数据，可以更快速的定位隧道位置信息，当隧道衬砌发生病害时，可以迅速定位病害处的位置。

在一种可行实施方式中，隧道损伤测量装置包括远程终端，远程终端获取数据处理系统分析的隧道衬砌的结构信息和时间信息，并对信息进行监控。

远程终端，数据处理系统可以设置于远程终端内，包括数据传输模块用于数据传输交换，可以与数据采集系统和/或监测系统进行数据交换，用于获取所述移动监测系统采集的隧道衬砌结构的振动加速度信息以及时间信息。

远程终端和数据采集系统通过数据传输模块进行数据交换，用于接收数据采集系统获取的隧道衬砌的信息。远程终端可为计算机、手机或者平板电脑等便捷设备。

如图6所示的一种隧道损伤测量装置的测量方法，应用于上述任意一项的隧道损伤测量装置，测量方法包括如下步骤：

压电式加速度传感器1沿着导轨3移动，在列车靠近和/或通过隧道状态下，获取隧道衬砌沿着导轨3方向各位置的振动加速度，并将振动加速度转化为电信号；

数据采集系统接收电信号，并将电信号传递至数据处理系统；

数据处理系统分析电信号，并获取隧道衬砌的结构信息和时间信息。

控制压电式加速度传感器1在导轨3上移动，移动式的压电式加速度传感器1检测更加全面，防止出现监测盲区，通过一个压电式加速度传感器1就可以对该范围的隧道衬砌进行检测，节约成本。

在一种可行实施方式中，数据处理系统将接收到的电信号和正常值比较，判定变化程度是否超过正常范围，如果变化程度超过正常范围，则通过分析数据得到异常信号的位置信息和数据信息。

压电式加速度传感器1收集隧道衬砌的振动加速度数据并上传到多通道数据采集器2，数据采集系统通过数据传输模块进行数据传输，数据传输到远程终端，远程终端可实时监控隧道衬砌数据。

由于隧道在有列车通过和无列车通过的两种情况下，隧道衬砌的振动加速度不同，可根据远程终端的隧道衬砌振动加速度数据建立数据库，记录隧道在列车通过和不通过下的振动加速度，并研究其规律。

隧道病害主要为空洞，当隧道衬砌存在病害时，列车通过时隧道衬砌振动加速度与隧道无病害时通过列车的振动加速度明显不同。通过这种差异，可以确定隧道的病害的位置，再进行具体探测并处理病害。

在一种可行实施方式中，数据处理系统分析电信号的步骤包括对电信号进行滤除和分解，滤除电信号中的混淆信号，并分解获取幅值、加速度和相位信息。

数据采集系统在收集振动加速度数据后，数据处理系统通过低通滤波器对振动加速度计算信号进行高频分量滤除，滤除掉8m/s²以上的高频分量。

采用Python算法对滤除高频分量的加速度计算信号进行多加速度分解计算以获取分解信号，并获取分解信号的幅值、加速度、及相位信息。根据对信号的分解程度对加速度进行筛选，选出幅值最大的加速度，挑选分解信号并作为加速度计算信号的基波加速度。

较于传统的加速度检测，本申请可以随时进行信号采集，不需要通过计算一段采样时间内的过零点数量来计算加速度，直接采用Python算法对采集的信号进行分解以获取采样信号的基波加速度，在获取精准的基波加速度后，对基波加速度进行加速度跟踪，能够从基波加速度的变化来判断隧道衬砌系统的受损状况，在出现问题时能够及时对隧道衬砌进行处理，极大的提高了隧道衬砌损伤测量的效率。通过远程终端上的检测模块对基波加速度进行跟踪监测，在基波加速度出现偏移，且偏移值超过限定值时，则对采样所处隧道衬砌进行警告。

在使用时，通过远程终端下达指令，数据采集系统按所设程序或指令移动并对隧道进行监测，控制压电式加速度传感器1在导轨3上移动检测隧道的振动加速度，并筛选和分解后得到便于观察的信号，通过远程终端查看隧道衬砌实时数据，若发现数据异常，远程终端会报警并显示隧道病害位置，检测人员即可通过远程终端进行病害分析，并做出处理。

压电式加速度传感器1在导轨3的移动采集数据的方式有多种，本申请列举了三种可能：一是每隔一段时间采集数据、二是每隔一段距离采集数据、三是经过预设测点采集数据，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。

实施例一

本发明还提供了一种隧道损伤测量装置的测量方法，包括以下步骤：

S1、每隔一段距离将导轨3环向设置在隧道衬砌表面，压电式加速度传感器1安装在导轨3上；

S2、压电式加速度传感器1检测到有列车靠近/通过时，压电式加速度传感器1启动并沿着导轨3从一端到另一端滑动，压电式加速度传感器1每间隔一段时间采集隧道衬砌振动加速度；

S3、数据采集系统将汇总多个压电式加速度传感器1的信号，传递至数据处理系统；

S4、数据处理系统滤除高频信号并分解信号，获取隧道衬砌的结构信息和时间信息；

S5、远程终端监控隧道衬砌的振动加速度，摄像头6对振动加速度异常隧道衬砌部位进行摄像和/或拍照，激光监测发射器扫描病害处获取振动加速度异常隧道衬砌部位的三维数据，对振动加速度超过限定值的部位进行定位和警告。

本实施例通过压电式加速度传感器1从导轨3的一端到另一端滑动，每隔一段时间采集一次隧道衬砌的振动加速度，预设的采集间隔时间可调，能够根据隧道衬砌的情况调节采集间隔的时间，得到一个较为连续的加速度折线图，更便于观察隧道衬砌加速度异常的时间和大概位置。

实施例二

本发明还提供了一种隧道损伤测量装置的测量方法，包括以下步骤：

S1、每隔一段距离将导轨3环向设置在隧道衬砌表面，压电式加速度传感器1安装在导轨3上；

S2、压电式加速度传感器1检测到有列车靠近/通过时，压电式加速度传感器1启动并沿着导轨3从一端到另一端滑动，压电式加速度传感器1每间隔一段距离采集隧道衬砌振动加速度；

S3、数据采集系统将汇总多个压电式加速度传感器1的信号，传递至数据处理系统；

S4、数据处理系统滤除高频信号并分解信号，获取隧道衬砌的结构信息和时间信息；

S5、远程终端监控隧道衬砌的振动加速度，摄像头6对振动加速度异常隧道衬砌部位进行摄像和/或拍照，激光监测发射器扫描病害处获取振动加速度异常隧道衬砌部位的三维数据，对振动加速度超过限定值的部位进行定位和警告。

本实施例与实施例一的区别在于：本实施例通过压电式加速度传感器1每间隔一定距离采集隧道衬砌振动加速度数据，预设的采集间隔距离可调，能够根据隧道衬砌的情况调节采集间隔的距离，得到一个较为连续的加速度折线图，更便于观察隧道衬砌加速度异常沿着导轨3方向的位置。

实施例三

本发明还提供了一种隧道损伤测量装置的测量方法，包括以下步骤：

S1、每隔一段距离将导轨3环向设置在隧道衬砌表面，压电式加速度传感器1安装在导轨3上；

S2、压电式加速度传感器1检测到有列车靠近/通过时，压电式加速度传感器1启动并沿着导轨3从一端到另一端滑动，压电式加速度传感器1滑动至测点位置采集隧道衬砌振动加速度；

S3、数据采集系统将汇总多个压电式加速度传感器1的信号，传递至数据处理系统；

S4、数据处理系统滤除高频信号并分解信号，获取隧道衬砌的结构信息和时间信息；

S5、远程终端监控隧道衬砌的振动加速度，摄像头6对振动加速度异常隧道衬砌部位进行摄像和/或拍照，激光监测发射器扫描病害处获取振动加速度异常隧道衬砌部位的三维数据，对振动加速度超过限定值的部位进行定位和警告。

本实施例与实施例一和实施例二的区别在于：本实施例的压电式加速度传感器1在预设测点位置采集隧道衬砌振动加速度数据，预设的测点位置可调，能够根据隧道衬砌的情况调节采集测点的位置，得到一个检测位置固定的加速度折线图，更便于观察隧道衬砌加速度异常相对测点附近的位置和时间，减少采集的数据，提高压电式加速度传感器1的使用寿命，通过更具有代表性的数据反映隧道的情况。

为便于数据分析，设置有空洞和无空洞两组对比数据，每组数据在隧道衬砌上取五个位置相同的测点，如图7所示。在列车速度分别为200km/h、250km/h、300km/h、350km/h的情况下对各测点进行加速度数据收集，在数据处理系统剔除干扰信号并将加速度信号转换为电信号后进行分析，并得出测点的加速度峰值图及测点加速度有效值图8-图11所示。

速度为200km/h的列车通过隧道时，各测点的加速度有效值数据图如图8所示；

速度为250km/h的列车通过隧道时，各测点的加速度有效值数据图如图9所示；

速度为300km/h的列车通过隧道时，各测点的加速度有效值数据图如图10所示；

速度为350km/h的列车通过隧道时，各测点的加速度有效值数据图如图11所示。

在对测点加速度数据图进行分析可以看出，当隧道衬砌出现缺陷后，列车通过下隧道衬砌的加速度与隧道衬砌无病害时列车通过下隧道衬砌的加速度之间有明显差异，隧道拱顶测点（测点C）和拱腰处测点（测点B和测点D）在有无空洞情况下加速度数据差异明显，隧道拱底处测点（测点A和测点E）在有无空洞情况下加速度数据差异不如拱顶和拱腰处明显。

一般情况下，拱顶测点位置的加速度数据差异最为明显，拱腰处测点位置次之，如果某一测点位置的加速度数据差异情况尤其明显，比如图11中，测点B位置的加速度数据差异略小于测点C位置的加速度数据差异，但测点B位置的加速度数据差异明显大于测点D位置的加速度数据差异，则基本可以判定病害处位置更靠近测点B的位置。

同理，若隧道衬砌其他部位出现病害，也可通过测量隧道衬砌加速度数据来初步判定隧道衬砌发生病害。本发明依托环向布置在隧道衬砌上的导轨3，可随时对隧道衬砌上各点进行实时监控，并定时汇总数据库，若隧道衬砌测点加速度数据异常，即可初步判定为隧道衬砌存在病害，以此达到检测隧道损伤的目的。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

鉴于上文的详细说明，可以对这些实施方案做出这些和其它改变，本书面描述包括最佳模式的实施例公开本发明。本发明取得的专利范围由权利要求书来定义，权利要求并不受本公开内容所限定，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都处于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种隧道损伤测量装置，其特征在于，包括监测系统、数据采集系统和数据处理系统，

所述监测系统，包括导轨（3）和压电式加速度传感器（1），所述导轨（3）用于设置在隧道衬砌上，所述导轨（3）贴合隧道衬砌内壁环向设置，若干所述导轨（3）沿隧道衬砌轴向方向每隔一段距离间隔设置，每个所述导轨（3）上均设置一个所述压电式加速度传感器（1），所述压电式加速度传感器（1）用于设置在所述导轨（3）上并沿着所述导轨（3）移动，用以检测在列车通过隧道状态下隧道衬砌沿着所述导轨（3）方向各位置的振动加速度，并将所述振动加速度转化为电信号；

所述数据采集系统，包括多通道数据采集器（2），用于接收电信号并将电信号传递至所述数据处理系统；

所述数据处理系统，用于分析电信号获取隧道衬砌的结构信息和时间信息。

2.根据权利要求1所述的隧道损伤测量装置，其特征在于，所述导轨（3）上设有能够沿着所述导轨（3）滑动的滑块（7），所述滑块（7）上设有驱动所述滑块（7）移动的驱动装置，所述驱动装置驱动所述滑块（7）上设置的所述压电式加速度传感器（1）沿着所述导轨（3）移动。

3.根据权利要求2所述的隧道损伤测量装置，其特征在于，所述驱动装置包括电机（4）和齿轮（5），所述导轨（3）上设有和所述齿轮（5）相匹配的齿槽，所述电机（4）的输出轴连接有所述齿轮（5），以使所述电机（4）驱动所述齿轮（5）转动沿着所述导轨（3）的齿槽内移动。

4.根据权利要求1所述的隧道损伤测量装置，其特征在于，所述多通道数据采集器（2）用于接收多个所述压电式加速度传感器（1）的电信号并将多个电信号传递至所述数据处理系统。

5.根据权利要求1所述的隧道损伤测量装置，其特征在于，所述监测系统包括摄像头（6）和激光监测发射器，所述摄像头（6）用以获取振动加速度异常隧道衬砌的位置和图像，所述激光监测发射器用以获取振动加速度异常隧道衬砌的三维数据。

6.根据权利要求1所述的隧道损伤测量装置，其特征在于，所述隧道损伤测量装置包括远程终端，所述远程终端获取所述数据处理系统分析的隧道衬砌的结构信息和时间信息，并对信息进行监控。

7.一种隧道损伤测量装置的测量方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任意一项所述的隧道损伤测量装置，所述测量方法包括如下步骤：

压电式加速度传感器沿着导轨移动，在列车靠近和/或通过隧道状态下，获取隧道衬砌沿着导轨方向各位置的振动加速度，并将振动加速度转化为电信号；

数据采集系统接收电信号，并将电信号传递至数据处理系统；

数据处理系统分析电信号，并获取隧道衬砌的结构信息和时间信息。

8.根据权利要求7所述的隧道损伤测量装置的测量方法，其特征在于，所述数据处理系统将接收到的电信号和正常值比较，判定变化程度是否超过正常范围，如果变化程度超过正常范围，则通过分析数据得到异常信号的位置信息和数据信息。

9.根据权利要求8所述的隧道损伤测量装置的测量方法，其特征在于，所述数据处理系统分析电信号的步骤包括对电信号进行滤除和分解，滤除电信号中的混淆信号，并分解获取幅值、加速度和相位信息。