CN110242351A - 一种隧道结构接头转角位移感知装置 - Google Patents

一种隧道结构接头转角位移感知装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种隧道结构接头转角位移感知装置，包括转角电位器(2)和连接转角电位器(2)和隧道接头管片(8)的两根导杆(1)，所述导杆(1)一端连接电位器的动触点，另一端与隧道接头管片(8)相连接，所述两根导杆(1)的角度变化转变成电信号，反应接头处位移的变化。与现有技术相比，本发明设计成本低廉，便于安装，易实现整个隧道结构接头处的全铺设。

Description

一种隧道结构接头转角位移感知装置
技术领域
本发明涉及一种隧道监测系统，尤其是涉及一种隧道结构接头转角位移感知装置。
背景技术
随着我国基础建设的快速发展，隧道建设数量和规模不断的扩大，我国已逐步成为隧道大国。然而对于隧道的施工和运营过程中，针对不同的地形，会面临各种复杂的的影响因素，隧道变形、沉降、开裂、管片损坏、渗漏水等结构安全健康问题日益突出，随着智能化的发展，对于隧道工程发展而言，自动监测系统可以对于隧道内部结构安全起到长期安全监测与预警的作用，从而获得准确、实时监测的数据，更加精准有效的维护隧道结构安全的运营。
隧道本身是一种超长线状结构，对于狭小的安装空间里，监控的要求也就更高了。由于管片本身是通过接头用螺栓连接，当面对复杂的地形时或时间久了受到某处集中的压力时，难免会对其结构造成损坏。通过固定导杆形成的相对转动角度间接测量出管片接头处的位移变化，极大程度上减小了成本，并可以通过无线传输实时有效的将采集到的信号反馈出来。将无线网络融入了管片接头处位移变化量的监测，是实现隧道结构智慧化发展的重要一步。
中国专利CN201410513033.6公开了一种盾构隧道的管片移位检测方法，主要用于检测管片接缝状态及其发展倾向，属于图像获取与处理技术。本发明通过相机获取隧道管片的真实画面，利用图像检测算法能够快速有效地计算管片接缝的倾斜旋转角度，并作定量分析。但该专利需要通过图像识别进行监测，易存在偏差，导致数据不够准确，影响整个隧道的安全。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种隧道结构接头转角位移感知装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种隧道结构接头转角位移感知装置，包括转角电位器和连接转角电位器和隧道接头管片的两根导杆，所述转角电位器含有两个动触点，所述导杆一端连接转角电位器的动触点，另一端与隧道接头管片相连接，所述两根导杆的角度变化转变成电信号，反应接头处位移的变化。
进一步的，所述导杆通过连接件与接头管片相连接。
更进一步的，所述连接件与接头管片通过螺栓相固定连接。
更进一步的，所述导杆与连接件固定连接，可采用焊接或螺纹连接。
进一步的，所述转角电位器通过转角杆与导杆相连接。
进一步的，所述转角电位器采用电池提供电源。
更进一步的，所述电池为干电池、充放电锂电池或太阳能电池中的一种。
进一步的，所述转角电位器上还设置有保护外壳，有效的保护装置内部，并且具有防灰防尘的作用，保证该装置适应各种极其恶劣的环境条件。
转角电位器是可变电阻器的变种，当隧道接头处的接头管片发生位移时，带动两个导杆发生移动，两导杆之间的夹角发生变化，从而使得转角电位器的电阻发生变化，通过与转角电位器相连接的集成电路板，将电信号进一步整合，由无线传输到数据处理中心，从而确定隧道接头管片位移的变化和大小，随时监测，确保隧道环境的安全可靠性，提高隧道的结构安全。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明依据电位器使相对转动角度变成电信号，从而实现整个过程的无线传输；
2、有效的进行实时监测从而及时的解决由于管片位移的偏差而导致的渗漏水、渗漏沙等问题，确保隧道环境的安全可靠性，从而提高整个隧道的结构安全；
3、本发明安装简易，适用性能强，使用范围广，可依据不同隧道直径或管片大小设计尺寸，具有良好的拓展前景。
附图说明
图1为本发明的二维模型结构安装示意图；
图2为本发明的转角电位器的结构示意图；
图3为理想条件下未发生管片角位移的情况下几何位移关系计算示例图；
图4为管片向上凸起变化的情况下几何位移关系计算示例图；
图5为管片向下凹陷变化的情况下几何位移关系计算示例图；
图6为本发明的三维模型结构示意图；
图7为本发明的三维模型结构安装示意图。
图中标号所示：
1、导杆，2、转角电位器，3、连接件，4、转角杆，5、集成电路板，6、电池，7、保护外壳，8、接头管片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种隧道结构接头转角位移感知装置，如图1、图4和图5所示，包括转角电位器2和连接转角电位器2和隧道接头管片8的两根导杆1，转角电位器2含有两个动触点，导杆1一端连接转角电位器2的动触点，另一端与隧道接头管片8相连接，两根导杆1的角度变化转变成电信号，反应接头处位移的变化。导杆1通过连接件3与接头管片8相连接。连接件3与接头管片8通过螺栓相固定连接。导杆1与连接件3固定连接，可采用焊接或螺纹连接。如图2所示，转角电位器2通过转角杆4与导杆1相连接。转角电位器2采用电池6提供电源。电池6为干电池、充放电锂电池或太阳能电池中的一种，可根据实际具体情况选择。转角电位器2上还设置有保护外壳7，有效的保护装置内部，并且具有防灰防尘的作用。
接头管片8采用螺栓连接，当隧道接头处的接头管片8发生位移时，带动两个导杆1发生移动，两导杆1之间的夹角发生变化，从而使得转角电位器2的电阻发生变化，通过与转角电位器2相连接的集成电路板5，将电信号进一步整合，由无线传输到数据处理中心，从而确定隧道接头管片8位移的变化和大小，随时监测，确保隧道环境的安全可靠性，提高隧道的结构安全。
正常情况下，如图3所示，理想条件下未发生管片角位移的情况，已知导杆1安装角θ和初始定位角α；
管片向上凸起变化时，如图4所示，通过管片延长线与导杆1和中心线围成的三角形，可利用内角和关系得出：β＝α+θ-π/2；
管片向下凹陷变化时，如图5所示，通过管片与导杆1和中心线围成的三角形，利用内角和关系得出：β＝π/2-α+θ；
综上，采用β＝α+θ-π/2计算，当β＝0时，为理想状态，接头管片8未发生位移；当β>0时，接头管片8发生位移，向上凸起；当β<0时，接头管片8发生位移，向下凹陷。
为实现各种不同大小管片的监测，本发明可调整设计到最佳测量角度进行监测；同样，对于本发明，可拓宽应用于两块拼接平面的位移监测，不仅仅局限于隧道管片的监测。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种隧道结构接头转角位移感知装置，其特征在于，包括转角电位器(2)和连接转角电位器(2)和隧道接头管片(8)的两根导杆(1)，所述转角电位器(2)上设有两个动触点，所述导杆(1)一端连接转角电位器(2)的动触点，另一端与隧道接头管片(8)相连接，所述两根导杆(1)的角度变化转变成电信号，反应接头处位移的变化。
2.根据权利要求1所述的一种隧道结构接头转角位移感知装置，其特征在于，所述导杆(1)通过连接件(3)与接头管片(8)相连接。
3.根据权利要求2所述的一种隧道结构接头转角位移感知装置，其特征在于，所述连接件(3)与接头管片(8)通过螺栓相固定连接。
4.根据权利要求2所述的一种隧道结构接头转角位移感知装置，其特征在于，所述导杆(1)与连接件(3)固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种隧道结构接头转角位移感知装置，其特征在于，所述转角电位器(2)通过转角杆(4)与导杆(1)相连接。
6.根据权利要求1所述的一种隧道结构接头转角位移感知装置，其特征在于，所述转角电位器(2)采用电池(6)提供电源。
7.根据权利要求6所述的一种隧道结构接头转角位移感知装置，其特征在于，所述电池(6)为干电池、充放电锂电池或太阳能电池中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种隧道结构接头转角位移感知装置，其特征在于，所述转角电位器(2)上还设置有保护外壳(7)。
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