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、環huan境jing複fu雜za，並bing且qie分fen布bu分fen散san，對dui地di下xia隧sui道dao監jian控kong網wang絡luo布bu置zhi及ji傳chuan感gan器qi提ti出chu了le更geng高gao的de要yao求qiu。傳chuan統tong的de地di下xia隧sui道dao變bian形xing監jian測ce技ji術shu隻zhi能neng用yong於yu隧sui道dao施shi工gong和he隧sui道dao建jian成cheng非fei運yun營ying時shi段duan的de監jian測ce，卻que不bu能neng對dui隧sui道dao內nei正zheng常chang運yun營ying的de高gao密mi度du行xing車che區qu間jian進jin行xing全quan天tian候hou實shi時shi監jian測ce，也ye不bu能neng對dui采cai集ji到dao的de相xiang關guan數shu據ju實shi時shi分fen析xi，這zhe樣yang就jiu不bu能neng全quan麵mian地di了le解jie地di下xia隧sui道dao運yun營ying期qi間jian的de結jie構gou形xing變bian，造zao成cheng很hen多duo隧sui道dao病bing害hai事shi故gu得de不bu到dao及ji時shi的de預yu警jing。無wu線xian傳chuan感gan器qi網wang絡luo具ju有you布bu局ju靈ling活huo、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40ug左(zuo)右(you)的(de)微(wei)加(jia)速(su)度(du)信(xin)號(hao)
，在(zai)傾(qing)角(jiao)測(ce)量(liang)過(guo)程(cheng)中(zhong)很(hen)容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)地(di)鐵(tie)振(zhen)動(dong)噪(zao)聲(sheng)的(de)幹(gan)擾(rao)。因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)給(gei)控(kong)製(zhi)器(qi)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)數(shu)字(zi)濾(lv)波(bo)算(suan)法(fa)
，消(xiao)除(chu)地(di)鐵(tie)振(zhen)動(dong)噪(zao)聲(sheng)對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)精(jing)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)。
 

 

 

 

 

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)，設(she)計(ji)了(le)一(yi)種(zhong)高(gao)精(jing)度(du)的(de)無(wu)線(xian)傾(qing)角(jiao)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，分(fen)析(xi)各(ge)種(zhong)環(huan)境(jing)參(can)數(shu)對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)精(jing)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)，通(tong)過(guo)對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)數(shu)據(ju)噪(zao)聲(sheng)頻(pin)譜(pu)分(fen)析(xi)，選(xuan)擇(ze)軟(ruan)件(jian)濾(lv)波(bo)方(fang)法(fa)，充(chong)分(fen)抑(yi)製(zhi)振(zhen)動(dong)對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)影(ying)響(xiang)，進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)升(sheng)無(wu)線(xian)傾(qing)角(jiao)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)。實(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)證(zheng)明(ming)：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。