CN113091698B - 一种地面沉降监测装置以及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地面沉降监测装置以及监测方法，具体涉及地面沉降监测技术领域，包括空心插杆，所述空心插杆内部设有水平监测机构和水平调节机构，所述水平调节机构设在水平监测机构底部，所述空心插杆外端设有沉降距离监测机构；所述水平监测机构包括锥形头，所述锥形头固定设在空心插杆底部。本发明通过在空心插杆内部安装激光测距仪，当地面沉降结束之后，PLC控制器会启动第一电机、激光测距仪和第二电机，利用第一电机、皮带轮、皮带和螺纹杆转动，从而能够带动移动板和激光测距仪向上移动，使得激光测距仪能够在移动的过程中发射激光对地面发生沉降塌陷的区域进行测量，从而能够测量出地面沉降在水平面上的范围。

Description

一种地面沉降监测装置以及监测方法

技术领域

本发明涉及地面沉降监测技术领域，具体涉及一种地面沉降监测装置以及监测方法。

背景技术

在众多的地质灾害中，地面沉降是一种比较常见的自然灾害，地面沉降的发生不仅仅是大自然的作用，也有较多的人为因素在里面。在规范的定义上，地面沉降是指在自然因素和人为因素影响下形成的地表垂直下降现象。导致地面沉降发生的因素有很多，其中的自然因素主要是构造升降运动以及地震、火山活动等；人为因素主要是开采地下水和油气资源以及局部性增加荷载。自然因素所形成的地面沉降范围大，速率小；但是也存在较多的人为因素，而人为因素所引起的地面沉降一般范围较小，但速率和幅度比较大。一般情况下，把自然因素引起的地面沉降归属于地壳形变或构造运动的范畴，作为一种自然动力现象加以研究；而将人为因素引起的地面沉降归属于地质灾害现象进行研究和防治。

随着城市化进程的加快，区域性地面沉降的危害逐渐凸显，成为制约地区经济社会可持续发展的重要影响因素。地面沉降防治的首要工作就是对地面沉降的详细情况进行有效的监测，查清地面沉降发育分布规律，才能有的放矢地开展地面沉降防控工作。但是现有技术在监测地面沉降的过程中只能够对地面沉降的深度进行测量，无法监测到地面沉降在水平面上所发生的范围，使得监测人员无法及时了解到地面沉降所发生的范围，进而可能会影响后续工作的开展。

发明内容

为此，本发明提供一种地面沉降监测装置以及监测方法，通过在空心插杆内部安装激光测距仪，当地面沉降结束之后，PLC控制器会启动第一电机、激光测距仪和第二电机，利用第一电机、皮带轮、皮带和螺纹杆转动，从而能够带动移动板和激光测距仪向上移动，使得激光测距仪能够在移动的过程中发射激光对地面发生沉降塌陷的区域进行测量，从而能够测量出地面沉降在水平面上的范围，以解决现有技术中由于无法及时测量地面沉降的水平范围导致的无法全面了解沉降并且会影响后续工作开展的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种地面沉降监测装置以及监测方法，包括空心插杆，所述空心插杆内部设有水平监测机构和水平调节机构，所述水平调节机构设在水平监测机构底部，所述空心插杆外端设有沉降距离监测机构；

所述水平监测机构包括锥形头，所述锥形头固定设在空心插杆底部，所述空心插杆顶部固定设有第一电机，所述空心插杆内部两侧均设有螺纹杆，所述螺纹杆两端均与空心插杆内部通过轴承活动连接，其中一个所述螺纹杆穿过空心插杆并延伸出空心插杆顶部，该所述螺纹杆顶端与第一电机输出轴底端固定连接，两个所述螺纹杆之间设有传动机构，所述传动机构设在空心插杆内部，两个所述螺纹杆外端螺纹连接有同一个移动板，所述移动板底部一侧设有第二电机，所述第二电机顶部设有第一转轴，所述第一转轴顶端贯穿移动板并延伸出移动板顶部，所述第一转轴与移动板通过轴承活动连接，所述第一转轴外端固定设有拨杆，所述拨杆底部与移动板顶部相接触，所述拨杆一侧设有棘轮，所述棘轮内部贯穿固定设有第二转轴，所述第二转轴底端与移动板通过轴承活动连接，所述第二转轴顶部通过球铰支座活动连接有两个伸缩杆，两个所述伸缩杆顶端均通过球铰支座活动连接有同一个第二支撑板，所述第二支撑板顶端固定设有激光测距仪，所述移动板底部另一侧固定设有PLC控制器；

所述沉降距离监测机构包括安装座，所述安装座固定设在空心插杆顶部一侧，所述安装座底部固定设有位移传感器。

进一步地，所述水平调节机构包括环形板，所述环形板固定设在第一支撑板顶部，所述环形板设在第二支撑板外端，所述环形板内壁上镶嵌有多个半球形座，多个所述半球形座均与第二支撑板外端相接触，所述半球形座远离第二支撑板一侧固定设有两个第二弹簧，两个所述第二弹簧均固定设在环形板内部，两个所述第二弹簧之间设有轻触开关，所述轻触开关设在环形板侧壁中，所述空心插杆内部底端固定设有第一空心杆，所述第一空心杆内部固定设有第二空心杆，所述第二空心杆内部贯穿设有多个连接管，所述连接管一端穿过第二空心杆并延伸出第二空心杆外端，所述连接管一端固定设有活塞筒，所述活塞筒一端设在第一空心杆内部并穿过第一空心杆延伸出第一空心杆外端，所述活塞筒外端固定设有电磁阀，所述电磁阀设在第一空心杆内部，所述活塞筒内部一端设有活塞板，所述活塞板一侧固定设有活塞杆，所述活塞杆远离第一空心杆一端固定设有推板，所述推板镶嵌在空心插杆侧壁中并延伸出空心插杆外部，所述锥形头内部设有涡旋风机，所述涡旋风机顶端延伸入第一空心杆内部，所述第一空心杆内部固定设有隔板，所述第二空心杆贯穿隔板，所述第一空心杆、第二空心杆、连接管和活塞筒内部相连通。

进一步地，所述空心插杆侧壁上开设有四个矩形通孔，所述空心插杆侧壁上固定设有四个透明玻璃板，所述透明玻璃板设在矩形通孔内部。

进一步地，所述伸缩杆外端设有第一弹簧，所述第一弹簧底端与第一支撑板顶部固定连接，所述第一弹簧顶端与第二支撑板底部固定连接。

进一步地，所述第一空心杆顶端固定设有限位板，所述限位板与空心插杆内壁固定连接。

进一步地，所述传动机构包括两个皮带轮，两个所述皮带轮分别固定设在两个螺纹杆的外端，两个所述皮带轮之间设有皮带，所述空心插杆内部顶端开设有第一凹槽，所述皮带轮和皮带均设在第一凹槽内部。

进一步地，所述空心插杆内部底端开设第一通孔，所述涡旋风机一端贯穿第一通孔。

进一步地，所述空心插杆底部两侧均开设有第二通孔，所述第一通孔设在两个第二通孔之间，所述空心插杆顶部前侧和后侧均开设有第三通孔，所述第二通孔和第三通孔均与空心插杆内部相连通，所述锥形头内部顶端开设有第二凹槽，所述涡旋风机设在第二凹槽内部，所述第二通孔与第二凹槽相连通。

进一步地，所述空心插杆内部侧壁开设有两个限位槽，所述移动板和螺纹杆均设在两个限位槽内部。

本发明还包括该地面沉降监测装置的监测方法，具体步骤如下：

步骤一、先将PLC控制器与监测中心连接，以方便PLC控制器将监测数据上传到监测中心，再将空心插杆插入指定的地层，并使位移传感器和安装座能够位于地面之上，然后开启位移传感器并通过位移传感器记录安装座底面与周围地面所在的平面之间的竖直距离，以作为初始值，一旦地面发生沉降，位移传感器与该平面之间的距离会缩短并且对其进行测量，得到测量值，所以利用初始值减去沉降之后的距离也就是测量值就能够得到地面的沉降距离；

步骤二、当地面沉降结束之后，位移传感器与之前地面所在平面之间的距离不会再继续发生变化，此时位移传感器将最后的测量值传递给PLC控制器之后，PLC控制器会同时启动第一电机、激光测距仪和第二电机，第一电机工作之后会带动与其输出轴相连的一个螺纹杆转动，并通过两个螺纹杆外端的皮带轮和皮带带动另一个螺纹杆转动，由于螺纹杆与移动板通过螺纹连接，所以螺纹杆能够带动移动板向上移动，然后移动板会带动伸缩杆、第二支撑板和激光测距仪向上移动，激光测距仪的起始位置是与其中一个矩形通孔和透明玻璃板对齐的，所以当PLC控制器开启激光测距仪之后，激光测距仪会发射出激光，然后该激光会穿过矩形通孔和透明玻璃板与沉降塌陷边界处的地层断开面接触并且会被该地面断开面反射，从而能够利用激光测距仪测定以空心插杆为中心的距离地层断开面之间的径向距离，而且激光测距仪在向上移动的过程中，第二电机工作会带动第一转轴转动，并且会通过第一转轴带动拨杆转动，然后拨杆在转动的过程中会拨动棘轮转动，使得棘轮能够带动第二转轴、第一支撑板、第二支撑板和激光测距仪旋转°，从而能够将激光测距仪的激光发射处与另一个矩形通孔和透明玻璃板对齐，从而能够以空心插杆为中心测量出四个方向的径向距离，以准确测量出地面沉降塌陷的区域，当激光测距仪发出的激光不再被反射回来，说明激光测距仪已经到达地面之上则可停止测量，而且测量的结果会实时通过PLC控制器传送给监测中心，以帮助监测人员实时了解沉降发生的范围；

步骤三、当空心插杆在地面沉降的过程中发生倾斜时，激光测距仪位于空心插杆内部也会发生倾斜，该倾斜的状态不利于距离的测量，所以当空心插杆向一侧发生倾斜时，第二支撑板的外端会向倾斜的方向挤压其中一个半球形座，然后半球形座会与一侧轻触开关接触并且会将该轻触开关开启，该轻触开关开启后能够及时启动涡旋风机，并且轻触开关还会控制与其在同一竖直平面内的活塞筒外端的电磁阀打开，然后PLC控制器会控制涡旋风机开始出风，由涡旋风机吹出的风会进入第一空心杆内部，并且会通过第一空心杆进入第二空心杆内部，然后再通过第二空心杆进入与外端电磁阀打开后的活塞筒内部相连通的连接管内部，并且会通过连接管进入活塞筒内部，然后活塞筒内部的气体会推动活塞板移动并且会通过活塞板推动活塞杆移动，使得活塞杆能够沿着径向的方向推动推板，使得推板能够推动空心插杆外端的地层，而且在地层的限制下，倾斜处于倾斜状态的空心插杆会被逐渐调节成竖直的状态，使得第二支撑板不再继续挤压半球形座，从而能够及时关闭轻触开关，使得第二支撑板和激光测距仪能够不再倾斜，以方便激光测距仪测量工作的顺利开展。

本发明实施例具有如下优点：

1、本发明通过将空心插杆和锥形头插入指定的地层之中，并使位移传感器和安装座能够位于地面之上，然后开启位移传感器并通过位移传感器记录安装座底面与周围地面所在的平面之间的竖直距离，以作为初始值，一旦地面发生沉降，位移传感器与该平面之间的距离会缩短并且对其进行测量，得到测量值，所以利用初始值减去沉降之后的距离也就是测量值就能够得到地面的沉降值，而且该测量值会通过PLC控制器实时传递给监测中心，使得监测员能够在及时了解地面沉降的位置与沉降的距离，与现有技术相比，本发明的体积较小，便于安装和操作；

2、本发明通过在空心插杆内部安装激光测距仪，当地面沉降结束之后，PLC控制器会启动第一电机、激光测距仪和第二电机，利用第一电机、皮带轮和皮带工作带动两个螺纹杆转动，从而能够带动移动板在空心插杆内部向上移动，从而能够带动激光测距仪向上移动，使得激光测距仪能够在移动的过程中发射激光对地面发生沉降塌陷的区域进行测量，激光测距仪会透过透明玻璃板将激光发射出去当遇到周围塌陷的地面时会被反射回来，从而能够测量出以空心插杆为圆心的径向距离，而且第二电机在激光测距仪向上移动的过程中还会通过棘轮和第二转轴带动激光测距仪转动，以从四个方向测量径向距离，直至激光测距仪发出的激光不再被反射回来，说明激光测距仪已经到达地面之上则可停止测量，而且测量的结果会实时通过PLC控制器传送给监测中心，以帮助监测人员实时了解沉降发生的范围，与现有技术相比，能够在沉降发生之后第一时间测量出沉降在水平面上的范围，进而能够帮助监测人员及时了解沉降；

3、本发明通过在第二支撑板的外端安装环形板，一旦在沉降的过程中激光测距仪发生倾斜，第二支撑板就会挤压一侧的半球形座，并通过半球形座打开轻触开关，使得轻触开关能够及时启动涡旋风机，并且轻触开关还会控制与其在同一竖直平面内的电磁阀打开，使得涡旋风机吹出的风能够及时通过第一空心杆、第二空心杆、连接管进入活塞筒内部，并且能够推动活塞板和活塞杆在活塞筒内部移动，从而能够推动推板沿着空心插杆的径向移动，由于推板与周围地层接触，所以推板会推动空心插杆向倾斜的反向移动，从而能够将空心插杆调成竖直状态，使得激光测距仪不再倾斜能够正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明提供的整体结构示意图；

图2为本发明提供的剖视图；

图3为本发明提供的空心插杆与第一空心杆的结构示意图；

图4为本发明提供的图2中A的放大图；

图5为本发明提供的移动板与棘轮、第二转轴的结构示意图；

图6为本发明提供的半球形座与环形板的结构示意图；

图7为本发明提供的第一支撑座和第二支撑座的结构示意图；

图8为本发明提供的拨杆与棘轮的结构示意图；

图9为本发明提供的推板与第一空心杆的结构示意图；

图10为本发明提供的第一空心杆的剖视图；

图11为本发明提供的活塞筒的剖视图。

图中：1空心插杆、2锥形头、3第一电机、4螺纹杆、5移动板、6第二电机、7第一转轴、8拨杆、9棘轮、10第二转轴、11第一支撑板、12伸缩杆、13第二支撑板、14激光测距仪、15矩形通孔、16透明玻璃板、17安装座、18位移传感器、19PLC控制器、20第一弹簧、21环形板、22半球形座、23轻触开关、24第二弹簧、25限位板、26第一空心杆、27第二空心杆、28连接管、29活塞筒、30电磁阀、31活塞板、32活塞杆、33推板、34隔板、35第一通孔、36涡旋风机、37第二通孔、38第三通孔、39皮带轮、40皮带、41第一凹槽、42限位槽、43第二凹槽。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照说明书附图1-4，该实施例的一种地面沉降监测装置以及监测方法，包括空心插杆1，所述空心插杆1外端设有沉降距离监测机构，所述沉降距离监测机构包括安装座17，所述安装座17固定设在空心插杆1顶部一侧，利用安装座17将位移传感器18固定设在空心插杆1顶部一侧，使得位移传感器18能够监测安装座17底面与周围地面所在的平面之间的竖直距离，所述安装座17底部固定设有位移传感器18。

实施场景具体为：安装本发明之前需要将PLC控制器19与监测中心连接，以方便PLC控制器19将监测数据上传到监测中心，将空心插杆1插入指定的地层，并使位移传感器18和安装座17能够位于地面之上，然后开启位移传感器18并通过位移传感器18记录安装座17底面与周围地面所在的平面之间的竖直距离，以作为初始值，一旦地面发生沉降，位移传感器18与该平面之间的距离会缩短并且对其进行测量，得到测量值，所以利用初始值减去沉降之后的距离也就是测量值就能够得到地面的沉降距离。

参照说明书附图1-4，该实施例的一种地面沉降监测装置以及监测方法，还包括水平监测机构，所述水平监测机构包括锥形头2，所述锥形头2固定设在空心插杆1底部，锥形头2的底部较为尖锐以便于将空心插杆1底端插入地层之中，所述空心插杆1顶部固定设有第一电机3，所述空心插杆1内部两侧均设有螺纹杆4，所述螺纹杆4两端均与空心插杆1内部通过轴承活动连接，其中一个所述螺纹杆4穿过空心插杆1并延伸出空心插杆1顶部，该所述螺纹杆4顶端与第一电机3输出轴底端固定连接，两个所述螺纹杆4之间设有传动机构，所述传动机构设在空心插杆1内部，两个所述螺纹杆4外端螺纹连接有同一个移动板5，便于通过螺纹杆4转动带动移动板5向上移动，所述移动板5底部一侧设有第二电机6，所述第二电机6顶部设有第一转轴7，所述第一转轴7顶端贯穿移动板5并延伸出移动板5顶部，所述第一转轴7与移动板5通过轴承活动连接，所述第一转轴7外端固定设有拨杆8，所述拨杆8底部与移动板5顶部相接触，所述拨杆8一侧设有棘轮9，所述棘轮9内部贯穿固定设有第二转轴10，使得拨杆8在转动的过程中能够拨动一侧的棘轮9转动，而且每次拨杆8都会带动棘轮9旋转90°，使得棘轮9能够带动激光测距仪14旋转90°，从而能够使激光测距仪14将激光通过透明玻璃板16发射出去，所述第二转轴10底端与移动板5通过轴承活动连接，所述第二转轴10顶部通过球铰支座活动连接有两个伸缩杆12，两个所述伸缩杆12顶端均通过球铰支座活动连接有同一个第二支撑板13，通过球铰支座将伸缩杆12固定在第二转轴10与第二支撑板13之间，使得第二支撑板13能够发生倾斜，以辅助启动后续的水平调节机构，所述第二支撑板13顶端固定设有激光测距仪14，所述移动板5底部另一侧固定设有PLC控制器19。

进一步地，所述空心插杆1侧壁上开设有四个矩形通孔15，所述空心插杆1侧壁上固定设有四个透明玻璃板16，所述透明玻璃板16设在矩形通孔15内部，使得激光测距仪14发射的激光能够从空心插杆1内部传递出去，从而能够顺利测量出沉降的范围。

进一步地，所述伸缩杆12外端设有第一弹簧20，所述第一弹簧20底端与第一支撑板11顶部固定连接，所述第一弹簧20顶端与第二支撑板13底部固定连接，便于利用第一弹簧20自身的弹力维持激光测距仪14在移动过程中的稳定。

进一步地，所述传动机构包括两个皮带轮39，两个所述皮带轮39分别固定设在两个螺纹杆4的外端，两个所述皮带轮39之间设有皮带40，所述空心插杆1内部顶端开设有第一凹槽41，所述皮带轮39和皮带40均设在第一凹槽41内部，便于通过皮带轮39和皮带40带动两个螺纹杆4同时转动，从而能够带动移动板5在空心插杆1内部向上移动。

进一步地，所述空心插杆1内部侧壁开设有两个限位槽42，所述移动板5和螺纹杆4均设在两个限位槽42内部，便于限制移动板5的位置，以防止移动板5在移动的过程中发生偏移。

实施场景具体为：当地面沉降结束之后，位移传感器18与之前地面所在平面之间的距离不会再继续发生变化，此时位移传感器18将最后的测量值传递给PLC控制器19之后，PLC控制器19会同时启动第一电机3、激光测距仪14和第二电机6，第一电机3工作之后会带动与其输出轴相连的一个螺纹杆4转动，并通过两个螺纹杆4外端的皮带轮39和皮带40带动另一个螺纹杆4转动，由于螺纹杆4与移动板5通过螺纹连接，所以螺纹杆4能够带动移动板5向上移动，然后移动板5会带动伸缩杆12、第二支撑板13和激光测距仪14向上移动，激光测距仪14的起始位置是与其中一个矩形通孔15和透明玻璃板16对齐的，所以当PLC控制器19开启激光测距仪14之后，激光测距仪14会发射出激光，然后该激光会穿过矩形通孔15和透明玻璃板16与沉降塌陷边界处的地层断开面接触并且会被该地面断开面反射，从而能够利用激光测距仪14测定以空心插杆1为中心的距离地层断开面之间的径向距离，而且激光测距仪14在向上移动的过程中，第二电机6工作会带动第一转轴7转动，并且会通过第一转轴7带动拨杆8转动，然后拨杆8在转动的过程中会拨动棘轮9转动，使得棘轮9能够带动第二转轴10、第一支撑板11、第二支撑板13和激光测距仪14旋转90°，从而能够将激光测距仪14的激光发射处与另一个矩形通孔15和透明玻璃板16对齐，从而能够以空心插杆1为中心测量出四个方向的径向距离，以准确测量出地面沉降塌陷的区域，当激光测距仪14发出的激光不再被反射回来，说明激光测距仪14已经到达地面之上则可停止测量，而且测量的结果会实时通过PLC控制器19传送给监测中心，以帮助监测人员实时了解沉降发生的范围，与现有技术相比，能够在沉降发生之后第一时间测量出沉降在水平面上的范围，进而能够帮助监测人员及时了解沉降。

参照说明书附图1-11，该实施例的一种地面沉降监测装置以及监测方法，还包括水平调节机构，所述水平调节机构包括环形板21，所述环形板21固定设在第一支撑板11顶部，所述环形板21设在第二支撑板13外端，所述环形板21内壁上镶嵌有多个半球形座22，多个所述半球形座22均与第二支撑板13外端相接触，使得第二支撑板13在发生倾斜时能够向着倾斜的方向挤压半球形座22，从而能够及时开启半球形座22一侧的轻触开关23，所述半球形座22远离第二支撑板13一侧固定设有两个第二弹簧24，能够在倾斜位置调节之后推动半球形座22移动回原来的位置，从而能够及时关闭轻触开关23，两个所述第二弹簧24均固定设在环形板21内部，两个所述第二弹簧24之间设有轻触开关23，所述轻触开关23设在环形板21侧壁中，所述空心插杆1内部底端固定设有第一空心杆26，所述第一空心杆26内部固定设有第二空心杆27，所述第二空心杆27内部贯穿设有多个连接管28，所述连接管28一端穿过第二空心杆27并延伸出第二空心杆27外端，所述连接管28一端固定设有活塞筒29，所述活塞筒29一端设在第一空心杆26内部并穿过第一空心杆26延伸出第一空心杆26外端，所述活塞筒29外端固定设有电磁阀30，所述电磁阀30设在第一空心杆26内部，所述活塞筒29内部一端设有活塞板31，所述活塞板31一侧固定设有活塞杆32，所述活塞杆32远离第一空心杆26一端固定设有推板33，所述推板33镶嵌在空心插杆1侧壁中并延伸出空心插杆1外部，使得第一空心杆26能够推动推板33移动并且挤压周围的底层，从而能够在周围底层的限制下将倾斜的空心插杆1调节到竖直的位置，所述锥形头2内部设有涡旋风机36，所述涡旋风机36顶端延伸入第一空心杆26内部，所述第一空心杆26内部固定设有隔板34，所述第二空心杆27贯穿隔板34，所述第一空心杆26、第二空心杆27、连接管28和活塞筒29内部相连通。

进一步地，所述第一空心杆26顶端固定设有限位板25，所述限位板25与空心插杆1内壁固定连接，便于从顶部固定限位板25的位置，也便于支撑限位板25。

进一步地，所述空心插杆1内部底端开设第一通孔35，所述涡旋风机36一端贯穿第一通孔35，便于涡旋风机36一端延伸入第一空心杆26内部，从而能够方便输送和抽吸气体。

进一步地，所述空心插杆1底部两侧均开设有第二通孔37，所述第一通孔35设在两个第二通孔37之间，所述空心插杆1顶部前侧和后侧均开设有第三通孔38，所述第二通孔37和第三通孔38均与空心插杆1内部相连通，以保证气体的流通，使得涡旋风机36能够正常工作。

进一步地，所述锥形头2内部顶端开设有第二凹槽43，所述涡旋风机36设在第二凹槽43内部，所述第二通孔37与第二凹槽43相连通，便于放置涡旋风机36，也便于涡旋风机36在工作的过程中抽吸气体、吹出气体。

实施场景具体为：当空心插杆1在地面沉降的过程中发生倾斜时，激光测距仪14位于空心插杆1内部也会发生倾斜，该倾斜的状态不利于距离的测量，所以当空心插杆1向一侧发生倾斜时，第二支撑板13的外端会向倾斜的方向挤压其中一个半球形座22，然后半球形座22会与一侧轻触开关23接触并且会将该轻触开关23开启，该轻触开关23开启后能够及时启动涡旋风机36，并且轻触开关23还会控制与其在同一竖直平面内的活塞筒29外端的电磁阀30打开，然后PLC控制器19会控制涡旋风机36开始出风，由涡旋风机36吹出的风会进入第一空心杆26内部，并且会通过第一空心杆26进入第二空心杆27内部，然后再通过第二空心杆27进入与外端电磁阀30打开后的活塞筒29内部相连通的连接管28内部，并且会通过连接管28进入活塞筒29内部，然后活塞筒29内部的气体会推动活塞板31移动并且会通过活塞板31推动活塞杆32移动，使得活塞杆32能够沿着径向的方向推动推板33，使得推板33能够推动空心插杆1外端的地层，而且在地层的限制下，倾斜处于倾斜状态的空心插杆1会被逐渐调节成竖直的状态，使得第二支撑板13不再继续挤压半球形座22，从而能够及时关闭轻触开关23，使得第二支撑板13和激光测距仪14能够不再倾斜，以方便激光测距仪14测量工作的顺利开展。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种地面沉降监测装置，包括空心插杆(1)，其特征在于：所述空心插杆(1)内部设有水平监测机构和水平调节机构，所述水平调节机构设在水平监测机构底部，所述空心插杆(1)外端设有沉降距离监测机构；

所述水平监测机构包括锥形头(2)，所述锥形头(2)固定设在空心插杆(1)底部，所述空心插杆(1)顶部固定设有第一电机(3)，所述空心插杆(1)内部两侧均设有螺纹杆(4)，所述螺纹杆(4)两端均与空心插杆(1)内部通过轴承活动连接，其中一个所述螺纹杆(4)穿过空心插杆(1)并延伸出空心插杆(1)顶部，该所述螺纹杆(4)顶端与第一电机(3)输出轴底端固定连接，两个所述螺纹杆(4)之间设有传动机构，所述传动机构设在空心插杆(1)内部，两个所述螺纹杆(4)外端螺纹连接有同一个移动板(5)，所述移动板(5)底部一侧设有第二电机(6)，所述第二电机(6)顶部设有第一转轴(7)，所述第一转轴(7)顶端贯穿移动板(5)并延伸出移动板(5)顶部，所述第一转轴(7)与移动板(5)通过轴承活动连接，所述第一转轴(7)外端固定设有拨杆(8)，所述拨杆(8)底部与移动板(5)顶部相接触，所述拨杆(8)一侧设有棘轮(9)，所述棘轮(9)内部贯穿固定设有第二转轴(10)，所述第二转轴(10)底端与移动板(5)通过轴承活动连接，所述第二转轴(10)顶部通过球铰支座活动连接有两个伸缩杆(12)，两个所述伸缩杆(12)顶端均通过球铰支座活动连接有同一个第二支撑板(13)，所述第二支撑板(13)顶端固定设有激光测距仪(14)，所述移动板(5)底部另一侧固定设有PLC控制器(19)；

所述沉降距离监测机构包括安装座(17)，所述安装座(17)固定设在空心插杆(1)顶部一侧，所述安装座(17)底部固定设有位移传感器(18)；

所述水平调节机构包括环形板(21)，所述环形板(21)固定设在第一支撑板(11)顶部，所述环形板(21)设在第二支撑板(13)外端，所述环形板(21)内壁上镶嵌有多个半球形座(22)，多个所述半球形座(22)均与第二支撑板(13)外端相接触，所述半球形座(22)远离第二支撑板(13)一侧固定设有两个第二弹簧(24)，两个所述第二弹簧(24)均固定设在环形板(21)内部，两个所述第二弹簧(24)之间设有轻触开关(23)，所述轻触开关(23)设在环形板(21)侧壁中，所述空心插杆(1)内部底端固定设有第一空心杆(26)，所述第一空心杆(26)内部固定设有第二空心杆(27)，所述第二空心杆(27)内部贯穿设有多个连接管(28)，所述连接管(28)一端穿过第二空心杆(27)并延伸出第二空心杆(27)外端，所述连接管(28)一端固定设有活塞筒(29)，所述活塞筒(29)一端设在第一空心杆(26)内部并穿过第一空心杆(26)延伸出第一空心杆(26)外端，所述活塞筒(29)外端固定设有电磁阀(30)，所述电磁阀(30)设在第一空心杆(26)内部，所述活塞筒(29)内部一端设有活塞板(31)，所述活塞板(31)一侧固定设有活塞杆(32)，所述活塞杆(32)远离第一空心杆(26)一端固定设有推板(33)，所述推板(33)镶嵌在空心插杆(1)侧壁中并延伸出空心插杆(1)外部，所述锥形头(2)内部设有涡旋风机(36)，所述涡旋风机(36)顶端延伸入第一空心杆(26)内部，所述第一空心杆(26)内部固定设有隔板(34)，所述第二空心杆(27)贯穿隔板(34)，所述第一空心杆(26)、第二空心杆(27)、连接管(28)和活塞筒(29)内部相连通。

2.根据权利要求1所述的一种地面沉降监测装置，其特征在于：所述空心插杆(1)侧壁上开设有四个矩形通孔(15)，所述空心插杆(1)侧壁上固定设有四个透明玻璃板(16)，所述透明玻璃板(16)设在矩形通孔(15)内部。

3.根据权利要求1所述的一种地面沉降监测装置，其特征在于：所述伸缩杆(12)外端设有第一弹簧(20)，所述第一弹簧(20)底端与第一支撑板(11)顶部固定连接，所述第一弹簧(20)顶端与第二支撑板(13)底部固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种地面沉降监测装置，其特征在于：所述第一空心杆(26)顶端固定设有限位板(25)，所述限位板(25)与空心插杆(1)内壁固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种地面沉降监测装置，其特征在于：所述传动机构包括两个皮带轮(39)，两个所述皮带轮(39)分别固定设在两个螺纹杆(4)的外端，两个所述皮带轮(39)之间设有皮带(40)，所述空心插杆(1)内部顶端开设有第一凹槽(41)，所述皮带轮(39)和皮带(40)均设在第一凹槽(41)内部。

6.根据权利要求1所述的一种地面沉降监测装置，其特征在于：所述空心插杆(1)内部底端开设第一通孔(35)，所述涡旋风机(36)一端贯穿第一通孔(35)。

7.根据权利要求6所述的一种地面沉降监测装置，其特征在于：所述空心插杆(1)底部两侧均开设有第二通孔(37)，所述第一通孔(35)设在两个第二通孔(37)之间，所述空心插杆(1)顶部前侧和后侧均开设有第三通孔(38)，所述第二通孔(37)和第三通孔(38)均与空心插杆(1)内部相连通，所述锥形头(2)内部顶端开设有第二凹槽(43)，所述涡旋风机(36)设在第二凹槽(43)内部，所述第二通孔(37)与第二凹槽(43)相连通。

8.根据权利要求1所述的一种地面沉降监测装置，其特征在于：所述空心插杆(1)内部侧壁开设有两个限位槽(42)，所述移动板(5)和螺纹杆(4)均设在两个限位槽(42)内部。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种地面沉降监测装置，其特征在于：还包括该地面沉降监测装置的监测方法，具体步骤如下：

步骤一、先将PLC控制器(19)与监测中心连接，以方便PLC控制器(19)将监测数据上传到监测中心，再将空心插杆(1)插入指定的地层，并使位移传感器(18)和安装座(17)能够位于地面之上，然后开启位移传感器(18)并通过位移传感器(18)记录安装座(17)底面与周围地面所在的平面之间的竖直距离，以作为初始值，一旦地面发生沉降，位移传感器(18)与该平面之间的距离会缩短并且对其进行测量，得到测量值，所以利用初始值减去沉降之后的测量值就能够得到地面的沉降距离；

步骤二、当地面沉降结束之后，位移传感器(18)与之前地面所在平面之间的距离不会再继续发生变化，此时位移传感器(18)将最后的测量值传递给PLC控制器(19)之后，PLC控制器(19)会同时启动第一电机(3)、激光测距仪(14)和第二电机(6)，第一电机(3)工作之后会带动与其输出轴相连的一个螺纹杆(4)转动，并通过两个螺纹杆(4)外端的皮带轮(39)和皮带(40)带动另一个螺纹杆(4)转动，由于螺纹杆(4)与移动板(5)通过螺纹连接，所以螺纹杆(4)能够带动移动板(5)向上移动，然后移动板(5)会带动伸缩杆(12)、第二支撑板(13)和激光测距仪(14)向上移动，激光测距仪(14)的起始位置是与其中一个矩形通孔(15)和透明玻璃板(16)对齐的，所以当PLC控制器(19)开启激光测距仪(14)之后，激光测距仪(14)会发射出激光，然后该激光会穿过矩形通孔(15)和透明玻璃板(16)与沉降塌陷边界处的地层断开面接触并且会被该地面断开面反射，从而能够利用激光测距仪(14)测定以空心插杆(1)为中心的距离地层断开面之间的径向距离，而且激光测距仪(14)在向上移动的过程中，第二电机(6)工作会带动第一转轴(7)转动，并且会通过第一转轴(7)带动拨杆(8)转动，然后拨杆(8)在转动的过程中会拨动棘轮(9)转动，使得棘轮(9)能够带动第二转轴(10)、第一支撑板(11)、第二支撑板(13)和激光测距仪(14)旋转90°，从而能够将激光测距仪(14)的激光发射处与另一个矩形通孔(15)和透明玻璃板(16)对齐，从而能够以空心插杆(1)为中心测量出四个方向的径向距离，以准确测量出地面沉降塌陷的区域，当激光测距仪(14)发出的激光不再被反射回来，说明激光测距仪(14)已经到达地面之上则停止测量，而且测量的结果会实时通过PLC控制器(19)传送给监测中心，以帮助监测人员实时了解沉降发生的范围；

步骤三、当空心插杆(1)在地面沉降的过程中发生倾斜时，激光测距仪(14)位于空心插杆(1)内部也会发生倾斜，该倾斜的状态不利于距离的测量，所以当空心插杆(1)向一侧发生倾斜时，第二支撑板(13)的外端会向倾斜的方向挤压其中一个半球形座(22)，然后半球形座(22)会与一侧轻触开关(23)接触并且会将该轻触开关(23)开启，该轻触开关(23)开启后能够及时启动涡旋风机(36)，并且轻触开关(23)还会控制与其在同一竖直平面内的活塞筒(29)外端的电磁阀(30)打开，然后PLC控制器(19)会控制涡旋风机(36)开始出风，由涡旋风机(36)吹出的风会进入第一空心杆(26)内部，并且会通过第一空心杆(26)进入第二空心杆(27)内部，然后再通过第二空心杆(27)进入与外端电磁阀(30)打开后的活塞筒(29)内部相连通的连接管(28)内部，并且会通过连接管(28)进入活塞筒(29)内部，然后活塞筒(29)内部的气体会推动活塞板(31)移动并且会通过活塞板(31)推动活塞杆(32)移动，使得活塞杆(32)能够沿着径向的方向推动推板(33)，使得推板(33)能够推动空心插杆(1)外端的地层，而且在地层的限制下，倾斜处于倾斜状态的空心插杆(1)会被逐渐调节成竖直的状态，使得第二支撑板(13)不再继续挤压半球形座(22)，从而能够及时关闭轻触开关(23)，使得第二支撑板(13)和激光测距仪(14)能够不再倾斜，以方便激光测距仪(14)测量工作的顺利开展。

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