CN115183743B - 倾角传感器隧道变形监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种倾角传感器隧道变形监测系统及方法，倾角传感器隧道变形监测系统包括：数据处理平台；数据基站，与所述数据处理平台信号连接；倾角传感器，与所述数据基站电控连接，其中，所述倾角传感器具有多个，并沿隧道纵向布置于隧道拱顶位置；所述数据处理平台对数据基站发出采集命令，所述数据基站接收命令后并将此命令配置到多个倾角传感器，多个倾角传感器采集当前隧道位置的数据，并反馈到数据基站，数据基站将数据上传至数据处理平台进行计算和显示。本发明的有益效果是，倾角传感器体积小，便于携带；倾角传感器安装方便，测点不易损坏，铝制外壳可以保障其长期使用，且不受测量条件的限制，可在无光照的条件下使用。
Description
技术领域
本发明涉及隧道变形监测技术领域，具体而言，涉及一种倾角传感器隧道变形监测系统及方法。
背景技术
隧道变形监测以往采用的是利用全站仪的测量方法，全站仪具有仪器体积大、测点易损坏，较易受测量条件的限制，在无光照的条件下很难继续使用且仪器成本高，测试精度低，无法实现实时远程监测等缺点。该方法还存在诸多困难与不足，需要采取更为有效的方法对其进行监测。
采用三维断面扫描仪对隧道轮廓、变形进行量测，三维断面扫描仪精度高，但是监测设备成本高，设备体积大，无法做到实时监测。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明第一方面提供了一种倾角传感器隧道变形监测系统。
本发明第二方面提供了一种倾角传感器隧道变形监测方法。
本发明提供了一种倾角传感器隧道变形监测系统，包括：
数据处理平台；
数据基站，与所述数据处理平台信号连接；
倾角传感器，与所述数据基站电控连接，其中，所述倾角传感器具有多个，并沿隧道纵向布置于隧道拱顶位置；
所述数据处理平台对数据基站发出采集命令，所述数据基站接收命令后并将此命令配置到多个倾角传感器，多个倾角传感器采集当前隧道位置的数据，并反馈到数据基站，数据基站将数据上传至数据处理平台进行计算和显示。
本发明还提供了一种倾角传感器隧道变形监测方法，应用如上述技术方案所述的倾角传感器隧道变形监测系统，包括如下步骤：
步骤一：用户对数据处理平台发出数据采集指令；
步骤二：数据处理平台接收到上述指令后，对数据基站发出开始采集命令；
步骤三：数据基站接收到开始采集命令后，将配置信息通过配置命令传输到多个倾角传感器；
步骤四：多个倾角传感器进行当前隧道位置的数据，并将数据传输到数据基站；
步骤五：数据基站将数据上传至数据处理平台；
步骤六：数据处理平台进行数据计算和显示。
在上述技术方案中，数据基站在发送配置命令后，延时数秒后，通过触发电平控制电路产生上升沿信号，通过电缆将该信号传输至各个倾角传感器。
在上述技术方案中，倾角传感器通过检测电路检测到上升沿信号时，将立即启动采集程序，以100hz的采集频率采集一定时间后，在寄存器中存储若干个数值，并切换至另一个轴进测量，如此循环，并等待数据基站的轮询命令进行反馈。
在上述技术方案中，当数据基站在发送上升沿信号后，通过内部计时器进行计时，每隔10秒进行一次数据轮询，即按照传感器的地址序列，轮流发送数据轮询命令，查询各倾角传感器的数据，如此循环；
在获取倾角传感器反馈的数据反馈后，通过4G网络直接将该数据上传至数据处理平台，由数据处理平台进行计算和显示。
在上述技术方案中，用户给数据处理平台发出停止数据采集命令后，数据处理平台向数据基站发送停止采集命令。
在上述技术方案中，当数据基站收到停止采集命令后，通过触发电平控制电路产生下降沿信号，通过电缆将该信号传输至各个倾角传感器；
倾角传感器通过检测电路检测到下降沿信号时，将立即停止采集程序。
在上述技术方案中，所述数据处理平台发出的采集命令具有多种采集频率指令和采集方式指令，所述采集频率指令为：设定采集频率为nHz，则数据基站反馈的值为1s内倾角传感器测得的n个数平均值。
在上述技术方案中，所述采集方式指令为：每隔1s返回一个测量值，且该测量值为倾角传感器X轴方向的测量值；或
间隔返回测量值，即第一个ns返回倾角传感器X轴方向的测量值，以及第二个ns返回倾角传感器Y轴方向的测量值。
在上述技术方案中，全部的倾角传感器同时接收开始采集指令，且接到指令后的每个倾角传感器每1s采集一个数据，该数据值是经过平均之后的数据值，采集的数据在倾角传感器内部进行储存；随后倾角传感器将测量、采集的数据返回至数据处理平台，数据处理平台对数据进行解码处理，获得倾角传感器倾角值。
本发明提供的倾角传感器隧道变形监测系统及方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、倾角传感器体积小，便于携带。
2、倾角传感器安装方便，测点不易损坏，铝制外壳可以保障其长期使用，且不受测量条件的限制，可在无光照的条件下使用。
3、倾角传感器相较于全站仪，仪器成本低，可以循环使用。
4、倾角传感器的测试精度高，所测量的倾角可以到小数点后9位，而全站仪测量的挠度值只能精确到小数点后两位小数。
5、倾角传感器可以实现在无人看管的前提下，在办公室就可以实现实时监测，大大减少工作量，以及现场的测试时间。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明的倾角传感器隧道变形监测系统的连接示意图；
图2是本发明的倾角传感器隧道变形监测方法的流程图。
其中，图1至图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1、数据处理平台；2、数据基站；3、倾角传感器；4、总线；5、电缆。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图2来描述根据本发明一些实施例提供的倾角传感器隧道变形监测系统及方法。
本申请的一些实施例提供了一种倾角传感器隧道变形监测系统。
本发明实施例提出了一种倾角传感器隧道变形监测系统及方法，如图1所示，一种倾角传感器隧道变形监测系统主要由数据处理平台1；数据基站2；倾角传感器3；总线4；电缆5组成。
在本实施例中，倾角传感器3安装时根据隧道开挖进尺选择多个监测断面，沿隧道纵向布置于隧道拱顶位置。倾角传感器隧道变形测量数据采集时通过电缆5(5芯屏蔽电缆12V、GND、D+、D-、S)将倾角传感器3与数据基站2进行连接。数据基站2采用总线4(RS485)与各个传感器进行连接，电缆5采用12V电平输出实现各倾角传感器3之间的同步采集。数据基站2接收到倾角传感器3反馈的数据后，通过4G网络将其上传至数据处理平台1，由数据处理平台1进行计算和显示。
如图2所示，一种倾角传感器隧道变形监测方法由数据处理平台层、数据处理层、传感器采集层组成。
具体地，首先当用户给数据处理平台1发出数据采集指令后，数据处理平台1向数据基站2发送“开始采集命令”。
当数据基站2收到“开始采集命令”后，将配置信息通过“配置命令”发送至各个倾角传感器3。
其中，各个倾角传感器3根据配置命令配置采集频率和轴间采集间隔。
数据基站2在发送“配置命令”后，延时5秒后，通过触发电平控制电路产生12V的上升沿信号，通过电缆55芯屏蔽电缆的“S”线，将该信号传输至各个倾角传感器3。
倾角传感器3通过检测电路检测到上升沿信号时，将立即启动采集程序，以100hz的采集频率采集10s(根据配置而定)后，在寄存器中存储10个数值(根据配置而定)，并切换至另一个轴进测量，如此循环，并等待数据基站的轮询命令进行反馈。
其次，数据基站2在发送上升沿信号后，通过内部计时器进行计时，每隔10秒进行一次数据轮询，即按照传感器的地址序列，轮流发送数据轮询命令，查询各倾角传感器3的数据，如此循环。
在获取倾角传感器3反馈的数据反馈后，通过4G网络直接将该数据上传至数据处理平台1，由数据处理平台1进行计算和显示。用户给数据处理平台1发出停止数据采集命令后，数据处理平台1向数据基站2发送“停止采集命令”。当数据基站2收到“停止采集命令”后，通过触发电平控制电路产生12V的下降沿信号，通过电缆55芯屏蔽电缆的“S”线，将该信号传输至各个倾角传感器3。倾角传感器3通过检测电路检测到下降沿信号时，将立即停止采集程序。
此外，数据处理平台1中可以设置多种采集频率与采集方式。
如采集方式0，表示每隔1s返回一个测量值，该测量值为倾角传感器3x轴方向的测量值。
采集频率为20Hz，则返回的值为1s内测得的20个数的平均值；
采集方式20表示：测量倾角传感器3x、y方向的倾角值，第一个20s返回倾角传感器3所测量的x方向的倾角值，第二个20s返回倾角传感器所测量的y方向的倾角值。
对倾角传感器3发送采集指令，硬件可以使得全部的倾角传感器3同时接收到指令，接到指令后每个倾角传感器3每1s采集一个数据至，1s内的数据值是经过平均之后的数据值，采集的数据在倾角传感器3内部进行储存。然后传感器将测量、采集的数据返回至数据处理平台1，对数据进行解码处理，获得倾角传感器3倾角值。通过同时向倾角传感器3发送采集指令的模式实现实时采集隧道内变形数据的目的。
此外，需要说明的是，由于倾角传感器是利用牛顿第二定律的一种加速度传感器，是使用微电子机械系统研发生产的。倾角传感器常用于大地测量方式难以观测到的隐蔽部位的变形量，配合自动化系统可实现长期测试。在测量隧道结构变形时，沿隧道纵向上选定n个位置放置倾角传感器，并假定结构变形在线性范围之内。当隧道受力变形后，倾角传感器得到变形前后的倾角变化值，取倾角的正切值，乘以上分段的距离，即可得到该段的变形量。
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。
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。
Claims (5)
1.一种倾角传感器隧道变形监测系统，其特征在于，包括：
数据处理平台；
数据基站，与所述数据处理平台信号连接；
倾角传感器，与所述数据基站电控连接，其中，所述倾角传感器具有多个，并沿隧道纵向布置于隧道拱顶位置；
所述数据处理平台对数据基站发出采集命令，所述数据基站接收命令后并将此命令配置到多个倾角传感器，多个倾角传感器采集当前隧道位置的数据，并反馈到数据基站，数据基站将数据上传至数据处理平台进行计算和显示;
其中，该倾角传感器隧道变形监测系统的检测方法如下：
步骤一：用户对数据处理平台发出数据采集指令；
步骤二：数据处理平台接收到上述指令后，对数据基站发出开始采集命令；所述数据处理平台发出的采集命令具有多种采集频率指令和采集方式指令，所述采集频率指令为：设定采集频率为nHz，则数据基站反馈的值为1s内倾角传感器测得的n个数平均值；所述采集方式指令为：间隔返回测量值，即第一个ns返回倾角传感器X轴方向的测量值，以及第二个ns返回倾角传感器Y轴方向的测量值；
步骤三：数据基站接收到开始采集命令后，将配置信息通过配置命令传输到多个倾角传感器，数据基站在发送配置命令后，延时数秒后，通过触发电平控制电路产生上升沿信号，通过电缆将该信号传输至各个倾角传感器；
步骤四：多个倾角传感器进行当前隧道位置的数据，并将数据传输到数据基站，倾角传感器通过检测电路检测到上升沿信号时，将立即启动采集程序，以100hz的采集频率采集一定时间后，在寄存器中存储若干个数值，并切换至另一个轴进测量，如此循环，并等待数据基站的轮询命令进行反馈；
步骤五：数据基站将数据上传至数据处理平台；
步骤六：数据处理平台进行数据计算和显示。
2.根据权利要求1所述的一种倾角传感器隧道变形监测系统，其特征在于，该倾角传感器隧道变形监测系统的检测方法还包括：
当数据基站在发送上升沿信号后，通过内部计时器进行计时，每隔10秒进行一次数据轮询，即按照传感器的地址序列，轮流发送数据轮询命令，查询各倾角传感器的数据，如此循环；
在获取倾角传感器反馈的数据反馈后，通过4G网络直接将该数据上传至数据处理平台，由数据处理平台进行计算和显示。
3.根据权利要求2所述的一种倾角传感器隧道变形监测系统，其特征在于，该倾角传感器隧道变形监测系统的检测方法还包括：
用户给数据处理平台发出停止数据采集命令后，数据处理平台向数据基站发送停止采集命令。
4.根据权利要求3所述的一种倾角传感器隧道变形监测系统，其特征在于，该倾角传感器隧道变形监测系统的检测方法还包括：
当数据基站收到停止采集命令后，通过触发电平控制电路产生下降沿信号，通过电缆将该信号传输至各个倾角传感器；
倾角传感器通过检测电路检测到下降沿信号时，将立即停止采集程序。
5.根据权利要求1所述的一种倾角传感器隧道变形监测系统，其特征在于，该倾角传感器隧道变形监测系统的检测方法还包括：
全部的倾角传感器同时接收开始采集指令，且接到指令后的每个倾角传感器每1s采集一个数据，该数据值是经过平均之后的数据值，采集的数据在倾角传感器内部进行储存；随后倾角传感器将测量、采集的数据返回至数据处理平台，数据处理平台对数据进行解码处理，获得倾角传感器倾角值。
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