一、监测的必要性
现在，我国轨道交通开展迅猛，轨道交通的结构健康监测的重要性日渐杰出。轨道交通地下地道一般建在软土层中，多处于地质杂乱、地下管道密布的闹市中心。加上地铁沿线区域的城市建设和不均匀沉降等原因，会形成地下地道结构变形，给地铁的正常运转带来安全隐患，乃至会对周边环境或修建形成沉降和位移等。当变形超出安全规模，地道会发生塌方、透水等危及人身和产业安全的重大事端。因而，对地下地道结构变形的安全情况实时监控越来越重要。因为地下地道监控数据点品种多、环境杂乱，而且散布涣散，对地下地道监控网络安置及传感器提出了更高的要求。传统的地下地道变形监测技能只能用于地道施工和地道建成非运营时段的监测，却不能对地道内正常运营的高密度行车区间进行全天候实时监测，也不能对收集到的相关数据实时剖析，这样就不能全面地了解地下地道运营期间的结构形变，形成许多地道病害事端得不到及时的预警。无线传感器网络具有布局活络、结构易变、生命力较强等特色；MEMS传感器具有体积小、重量轻、功耗低、易于集成以及耐恶劣作业环境等优势，极大地促进了传感器的微型化、智能化、多功用化和网络化。将MEMS技能和无线传感器网络技能相结合，用于结构安全健康检测，已经成为土木工程范畴的前沿方向。本文依据地下地道环境杂乱的特色，规划了一种结合MEMS技能和无线传感器网络的无线倾角传感器。
二、产品介绍
1、无线倾角传感器
wuxiiot传感的无线倾角传感器选用最先进的无线物联网技能——LORA技能，一起具有低功耗和长间隔通讯的特性，通讯间隔可达5km，传感器内置单/双通道地球引力歪斜单元，经过丈量静态重力加速度，转化成倾角改变。然后能够丈量传感器输出相对于水平面的歪斜视点。能实时输出当时的姿势倾角。无线倾角传感器运用简略，是视点物理量检测和监测的抱负挑选，抗外界电磁搅扰能力强、可适应在工业恶劣环境中长期作业。
产品特色
● 超低功耗，运用寿命＞10年@每小时收集并发送一组数据
● 长间隔通讯，相邻通讯节点间隔可达5km以上
● 无线自组网功用，传感器能够与LORA数据接纳器主动完结组网，网络连通率高
● 外形细巧，重量轻，便利装置
产品参数
2、LoRa数据接纳器
wuxiiot传感的MMS-F-1000型LoRa数据接纳器能为各种LoRa无线传感器供给网络路由，接纳网络规模内一切传感器发送的数据，一起把接纳到数据进行打包并经过USB接口传输给后台的解调软件，MMS-F-1000型LoRa数据接纳器选用USB供电，运用便利，合作笔记本电脑和解调软件，十分适用于工程现场的暂时数据收集和剖析。
产品特色
● 长间隔通讯，网络覆盖半径可达5km以上
● 主动组网，无需现场装备
● 外形细巧，重量轻，运用便利
产品参数
三、产品使用
无线倾角传感器选用电池供电，将MEMS无线倾角传感器装置在盾构地道内衬砌圆环的管片上，包含封顶块、邻接块、规范块、封底块和块与块间以环向螺衔接构成的纵向接头号不同部位；实时丈量地道管片内各部位的歪斜视点，经过组合核算得出管片的实践形变，完成对地道结构改变精确、有效地实时监测，使用暗示如图(c)所示。
四、环境搅扰剖析
地下地道环境杂乱，首要存在两种要素：温度扰动和振荡搅扰会对倾角传感器的丈量精度形成影响，影响丈量视点的精确性。
4.I温度搅扰
地铁体系的地下地道是一个由车站、地道和通风竖井组成的杂乱三维网络，空气的流转状况会形成地下地道不同节点处温度的改变。地道土层对热量的吸收和传导也会影响温度场的散布规则。因而，地下地道是一个杂乱的温度梯度场，温度的改变会对传感器的精度形成必定影响。
SCAl00T是一种静态加速度的倾角传感器，重力和传感器加速度活络轴之间的夹角便是歪斜的视点，其歪斜视点的转化模型为
式中：a为歪斜视点，Uout为SCA100T的输出电压，V0为传感器在视点为O°时的输出电压，S为芯片的活络度。因为温度改变会引起输出电压的偏移，考虑到地下地道温差的实时改变，需求提取地道中的温度信息，补偿倾角传感器的偏移电压，然后减小温度搅扰对传感器精度的影响。
4.2振荡搅扰
地下地道环境内振荡噪声首要来源于机车行进过程中发生的振荡。文献指出，当时地铁发生的振荡噪声的频率一般在20—200 Hz，峰值一般出现在20～80HZ。
在上海地铁11号线昌吉东路站对振荡信号进行检测，使用加速度传感器对振荡信号进行采样，采样频率为5 kHz，采样点数为32678，得到实测地铁振荡信号时域曲线如图4(a)所示，经过Matlab使用FFT改换得到其频域曲线，如图4(b)所示。
从图(4)看出，地铁振荡噪声频率首要会集在20—160Hz，其他频段的重量很小。地铁振荡在地道结构上发生的噪声幅值一般是0.029左右。因为SCAl00T分辨率十分高，能够识别出40ug左右的微加速度信号，在倾角丈量过程中很简单遭到地铁振荡噪声的搅扰。因而需求给控制器挑选适宜的数字滤波算法，消除地铁振荡噪声对传感器精度的影响。
五、结 论
为完成轨道交通地下地道的实时变形监测和数据的及时反应剖析，结合MEMS技能和无线传感器网络技能，规划了一种高精度的无线倾角传感器，剖析各种环境参数对传感器精度的影响，经过对传感器数据噪声频谱剖析，挑选软件滤波办法，充沛按捺振荡对传感器的影响，进一步提高无线倾角传感器的丈量精度。试验成果证明：无线倾角传感器在±30°内的丈量精度为0.05°，契合地下地道变形检测的功用需求。
