CN115655080A - 一种智能隧道管片监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能隧道管片监测系统，包括：第一位移传递板、第二位移传递板、错台监测传感器、若干个振动监测传感器、主控装置、保护壳、若干个隧道管片；第一位移传递板与第二位移传递板上分别安装振动监测传感器；第一位移传递板与第二位移传递板相邻且间隔布置于两个隧道管片上，第一位移传递板与第二位移传递板中任意一个与保护壳连接；错台监测传感器分别与第一位移传递板、第二位移传递板连接，通过主控装置与外部终端设备连接；振动监测传感器通过主控装置与外部终端设备连接，若干个振动监测传感器两两相互垂直连接。本发明将隧道管片错位的位移和振动加速度转化为石墨烯感应电阻片的电阻值，获知隧道管片的错台和振动情况。

Description

一种智能隧道管片监测系统

技术领域

本发明属于隧道工程监测技术领域，特别是涉及一种智能隧道管片监测系统。

背景技术

在高度发展的现代工业中，传感器应用技术是现代测量和控制系统工程的重要基础之一。信息技术的高速度发展和计算机技术的广泛应用，为传感器的发展提供了良好与可靠的科学技术基础。

隧道管片错台指的是相邻隧道管片在空间位置上发生错位，导致连续隧道管片之间内壁不平顺的现象。隧道管片错台是盾构隧道施工和运营中常出现的技术难题与病害现象，且在较长的时间内没有得到足够的重视。隧道管片错台不仅影响美观，还会影响隧道结构安全，造成管片开裂、脱落、拼装困难、防水隐患等，威胁隧道的运营安全，因此对隧道管片的错台进行监测是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能隧道管片监测系统，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种智能隧道管片监测系统，包括：

第一位移传递板、第二位移传递板、错台监测传感器、若干个振动监测传感器、主控装置、保护壳、若干个隧道管片；

所述第一位移传递板与所述第二位移传递板上分别安装有振动监测传感器；

所述第一位移传递板与所述第二位移传递板相邻且间隔布置于相邻的两个隧道管片上，第一位移传递板与所述第二位移传递板中任意一个与保护壳连接；

所述错台监测传感器分别与第一位移传递板、所述第二位移传递板(2)连接，通过主控装置与外部终端设备连接；

所述振动监测传感器通过主控装置与外部终端设备连接，若干个振动监测传感器两两相互垂直连接。

可选的，还包括定位框，所述定位框用于将振动监测传感器固定在内，设置在位移传递板上，包括四个定位板，四个定位板形成闭环结构。

可选的，所述错台监测传感器用于获取隧道管片的位移物理量，包括依次连接的第一底座、传动杆、三个伸缩杆和第二底座；所述第一底座和所述第二底座分别设置于两个位移传递板上；一个伸缩杆与所述第二底座连接，所述传动杆连接有伸缩杆，三个伸缩杆的伸缩方向两两垂直；

所述伸缩杆用于当两个位移传递板之间产生与其伸缩方向相同的位移时，将两个位移传递板之间的相对位移转化为电信号。

可选的，所述振动监测传感器用于监测振动加速度信息，包括：固定框、质量块、若干个感应组件，所述质量块设置于所述固定框的中心处，所述质量块通过所述感应组件与所述固定框连接，所述感应组件沿质量块的周向均匀分布。

可选的，所述主控装置包括固定座、以及设置于所述固定座上的电路基板、数据采集接口和无线信号发射装置；所述数据采集接口和所述无线信号发射装置均与所述电路基板电连接。

可选的，所述伸缩杆包括依次连接的第一杆体、第一弹性件、第二弹性件、第三弹性件和第二杆体，所述第一弹性件与所述第三弹性件之间还连接有石墨烯电阻感应片，所述石墨烯电阻感应片与所述第二弹性件的弹性伸缩方向平行；所述石墨烯电阻感应片与所述主控装置电连接。

可选的，所述第一杆体上设置有容纳槽，所述第一弹性件、所述第二弹性件、所述第三弹性件和所述石墨烯电阻感应片均位于所述容纳槽内。

可选的，所述感应组件(53)包括传力杆(531)、等强度梁(532)和第二石墨烯电阻感应片(533)；所述传力杆(531)分别与所述质量块(52)和所述等强度梁(532)连接；所述传力杆(531)与所述等强度梁(532)不共面，且所述传力杆(531)所处平面、所述等强度梁(532)所处平面均垂直于所述质量块(52)的振动方向；所述等强度梁(532)远离所述传力杆(531)的一端与所述固定框(51)连接；所述第二石墨烯电阻感应片(533)设置于所述等强度梁(532)上，并与所述主控装置(4)电性连接。

可选的，所述包括承载片、石墨烯导体层和信号传输线，所述石墨烯导体层设置于所述承载片内，所述信号传输线分别与所述石墨烯导体层和所述主控装置电连接。

可选的，还包括若干个固定杆，所述固定杆分别与所述质量块连接，并沿所述质量块的周向均匀分布；所述固定框的内侧面设置有开槽，所述固定杆的一端插入所述开槽内，所述固定杆沿垂直于所述固定框所处平面的方向的两侧均设置有弹性件，所述弹性件与所述固定框连接。

本发明的技术效果为：

本发明提供了一种智能隧道管片监测系统，通过在相邻两个隧道管片上分别布置位移传递板，并在位移传递板上设置错台监测传感器、振动监测传感器和主控装置，错台监测传感器、振动监测传感器与主控装置连接，并将主控装置与外部终端设备连接；石墨烯感应电阻片耐腐蚀性好、不易受电磁干扰、灵敏度高、重量轻的优越性能，将隧道管片错位的位移物理量和振动加速度物理量转化为石墨烯感应电阻片的电阻值，并经过外部终端设备对数据的分析计算，从而对获知隧道管片的错台情况和振动情况。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中的智能隧道管片监测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中的外部终端设备的功能原理框图；

图3为本发明实施例中的智能隧道管片监测系统的功能原理框图；

图4为本发明实施例中的错台监测传感器的结构示意图；

图5为本发明实施例中的伸缩杆的第一视图；

图6为本发明实施例中的伸缩杆的第二视图；

图7为本发明实施例中的振动监测传感器的结构示意图；

图8为本发明实施例中的三个振动监测传感器装配示意图；

图9为本发明实施例中的固定杆与所述固定框的装配示意图；

图10为本发明实施例中的主控装置的结构示意图；

图11为本发明实施例中的保护壳与两个位移传递板的装配示意图；

图12为本发明实施例中的隧道管片的结构示意图；

附图标记：1-第一位移传递板，2-第二位移传递板，3-错台监测传感器，4-主控装置，5-振动监测传感器，6-定位框，61-定位板，100-外部终端设备，101-电脑，102-手机，31-第一底座，32-传动杆，321-传动杆垂直部，322-传动杆水平部，33-伸缩杆，331-第一杆体，332-第一弹性件，333-第二弹性件，334-第三弹性件，335-第二杆体，336-第一石墨烯电阻感应片，337-承载片，338-石墨烯导体层，339-信号传输线，34-第二底座，41-固定座，42-电路基板，43-数据采集接口，44-无线信号发射装置，45-电池，46-充电端口，7-承接杆，8-固定杆，9-弹性件，10-保护壳，11-挡板，12-隧道管片预留槽，200-隧道管片，51-固定框，511-固定框开槽，52-质量块，53-感应组件，531-传力杆，532-等强度梁，533-第二石墨烯电阻感应片。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例一

如图1-12所示，本实施例中提供一种智能隧道管片监测系统，包括：

两个位移传递板，即第一位移传递板1和第二位移传递板2，以及错台监测传感器3；两个位移传递板分别设置于相邻两个隧道管片上。所述错台监测传感器3分别与两个位移传递板连接，即所述错台监测传感器3的一端与第一位移传递板1连接，另一端与第二位移传递板2连接；所述错台监测传感器3用于检测两个位移传递板之间的相对位移信息，且两个位移传递板之间的位移信息等同于两个隧道管片之间的位移信息。

第一位移传递板1与第二位移传递板2相邻且间隔布置，其中一个位移传递板上设置有主控装置4，所述错台监测传感器3通过所述主控装置4与外部终端设备100连接。外部终端设备100用于获取所述错台监测传感器输出的数据，并对该数据进行分析计算，从而获取相邻两个隧道管片的错台情况。

当所述两个隧道管片之间未产生错台现象即未产生相对位移时，所述两个隧道管片的内壁平顺，且两个位移传递板处于同一平面。当所述两个隧道管片产生相对位移时，即两个隧道管片中的至少一个隧道管片发生移动时，与该隧道管片对应的位移传递板移动，所述错台监测传感器3检测到两个位移传递板之间相对位移信息，并通过所述主控装置4将所述位移信息传递至外部终端设备100，由外部终端设备100对位移信息进行分析，从而获取两个隧道管片是否产生错台现象，以及相对位移方向和相对位移大小。

本发明中通过在两个位移传递板上连接一个错台监测传感器3，并将所述错台监测传感器3监测得到的位移信息由所述主控装置4传送至外部终端设备100，经外部终端设备100计算分析获得两个位移传递板之间的相对位移方向和相对位移大小，进而得知相邻两个隧道管片之间是否产生错台现象，以及产生错台现象时的相对位移方向和相对位移大小，便于工作人员清晰了解隧道管片的错台情况。

如图4所示，所述错台监测传感器3包括依次连接的第一底座31、传动杆32、三个伸缩杆33和第二底座34；所述第一底座31和所述第二底座34分别与两个位移传递板一一对应，具体的，所述第一底座31设置于第一位移传递板1上，所述第二底座34设置于第二位移传递板2上。所述传动杆32垂直于第一位移传递板1；所述传动杆32远离所述第一底座31的一端与伸缩杆33连接。所述伸缩杆33用于当两个位移传递板之间产生与其伸缩方向相同的位移时，将两个位移传递板之间的相对位移转化为电信号；三个伸缩杆33，包括第一伸缩杆、第二伸缩杆和第三伸缩杆，依次连接，且三个伸缩杆33的伸缩方向两两垂直，即三个伸缩杆33的伸缩方向分布于X轴、Y轴和Z轴三轴方向，从而检测错台情况产生时，两个相邻隧道管片之间的相对位移是沿三轴方向中的哪个方向。当所述两个隧道管片未产生相对位移时，Z轴方向伸缩杆即第一伸缩杆与所述传动杆32高度平齐。

三个伸缩杆33中位于最外侧的一个伸缩杆(第一伸缩杆)与所述第二底座34连接，且第一伸缩杆平行于所述传动杆32，即第一伸缩杆用于检测两个位移传递板沿Z轴方向的相对位移；位于最外侧的另一伸缩杆(第三伸缩杆)与所述传动杆32连接，具体的，第三伸缩杆与所述传动杆32远离所述第一底座31的一端连接。当第二伸缩杆用于检测两个位移传递板沿X轴方向的位移时，第三伸缩杆就用于检测两个位移传递板沿Y轴方向的位移(也可以将第二伸缩杆的伸缩方向定义为Y轴，将第三伸缩杆的伸缩方向定位为X轴，只需保证第二伸缩杆与第三伸缩杆的伸缩方向相互垂直即可)。

相邻两个伸缩杆33之间的连接、所述传动杆32与第三伸缩杆之间的连接、第一伸缩杆与所述第二底座34之间的连接均为固定连接。

本发明中一具体实施例，所述传动杆32为一字形传动杆32。

本发明中另一具体实施例，如图4所示，所述传动杆32为L型传动杆，所述传动杆32包括垂直连接的垂直部321和水平部322，所述垂直部321与所述第一底座31垂直连接，所述水平部322与第三伸缩杆连接，且所述水平部322垂直于第三伸缩杆。相比于一字形传动杆32，L型传动杆32可以延长所述第一底座31与所述第二底座34之间的距离，使得所述第一底座31在第一位移传递板1上的安装位置更靠近第一位移传递板1的中心，和/或所述第二底座34在第二位移传递板2上的安装位置更靠近第二位移传递板2的中心，从而更加灵敏的检测第一位移传递板1和第二位移传递板2之间是否产生相对位移。

如图5和图6所示，所述伸缩杆33包括：第一杆体331、第一弹性件332、第二弹性件333、第三弹性件334、第二杆体335和石墨烯电阻感应片336；所述第一杆体331、所述第一弹性件332、所述第三弹性件334和所述第二杆体335依次排布；所述第二弹性件333和所述石墨烯电阻感应片336并列设置于所述第一弹性件332与所述第三弹性件334之间，且所述石墨烯电阻感应片336的长度方向平行于所述第二弹性件333的弹性伸缩方向。具体的，所述第一弹性件332沿弹性伸缩方向的一端与所述第一杆体331连接，另一端通过连接件35分别与所述第二弹性件333和所述石墨烯电阻感应片336连接；所述第三弹性件334沿弹性伸缩方向的一端与所述第二杆体335连接，另一端通过连接件35分别与所述第二弹性件333和所述石墨烯电阻感应片336连接。所述第一弹性件332与所述第三弹性件334位于一条直线上，所述第一弹性件332的弹性伸缩方向平行于所述第二弹性件333的弹性伸缩方向。

所述石墨烯电阻感应片336与所述主控装置4电连接。本发明中一具体实施例，当两个位移传递板之间产生相对位移，且第二位移传递板2相对于第一位移传递板1向上抬高时，第二伸缩杆和第三伸缩杆均不产生弹性伸缩，仅有所述第二底座34带动第一伸缩杆中第一杆体331相对于第二杆体335向上运动，第一弹性件332、第二弹性件333和第三弹性件334均向上产生弹性压缩，第一伸缩杆中的石墨烯电阻感应片336产生应变变化，其电阻值随应变变化而变化，即将两个位移传递板之间错位的位移物理量转化为石墨烯电阻感应片336的电阻值，并通过所述主控装置4传输至外部终端设备100，外部终端设备100根据电阻值分析计算得出两个位移传递板沿Z轴方向的位移量，从而获得两个隧道管片沿Z轴方向的错台位移量；即，外部终端设备100可以根据所述错台监测传感器3输出的电信号获取隧道管片的错台位移物理量数值。

已知所述第一弹性件332和所述第三弹性件334的劲度系数为均为K₁，所述第二弹性件333的劲度系数为K₂，当两个隧道管片发生Z轴方向的位移Δx时，所述石墨烯电阻感应片336的形变量为：

所述石墨烯电阻感应片336的形变量x_g会引起所述石墨烯电阻感应片336输出的电阻发生变化，通过所述主控装置4传输至外部终端设备100，则可以通过外部终端设备100计算出两个隧道管片沿Z轴方向的错台位移量。

本发明中在所述石墨烯电阻感应片336的一侧、以及两端分别布置弹性件，三个弹性件(第一弹性件332、第二弹性件333和第三弹性件334)减少了所述石墨烯电阻感应片336的拉伸量，增加了所述石墨烯电阻感应片336的量程，从而使得三个伸缩杆33中的石墨烯电阻感应片336可以更加灵敏的监测两个隧道管片沿X轴、Y轴和Z轴方向的错动。

如图5中所述石墨烯电阻感应片336内部结构所示，所述石墨烯电阻感应片336包括承载片337、石墨烯导体层338和信号传输线339，所述石墨烯导体层338设置于所述承载片337内；所述石墨烯导体层338的两端分别通过信号传输线339与所述主控装置4电连接。本发明中一具体实施例，所述承载片337为聚二甲基硅氧烷(PDMS)承载片。当两个位移传递板产生相对位移时，与其相对位移方向相同的伸缩杆33中承载片337发生形变，对应的石墨烯导体层338的电阻发生改变，将两个位移传递板之间错位的位移物理量转化为石墨烯导体层338的电阻值，并通过所述主控装置4传输至外部终端设备100，外部终端设备100根据电阻值分析计算得出两个位移传递板沿伸缩杆33伸缩方向的位移量，从而获得两个隧道管片沿伸缩杆33伸缩方向的错台位移量。所述石墨烯导体层338和所述信号传输线339均位于所述承载片337背离所述第二弹性件333的一侧。

所述石墨烯感应电阻片336中采用石墨烯导体层338，具有柔韧性好、灵敏度高、不易受电磁干扰的优越性能。

以下以位于所述第三弹性件334与所述石墨烯电阻感应片336之间的连接件35为例，对连接件35的结构进行具体说明：如图5所示，所述连接件35包括安装台351、定位轴352和定位片353，所述定位轴352和所述定位片353分别位于所述安装台351的相反两侧；如图6所示，所述安装台351通过螺栓与所述第二弹性件333连接，所述定位片353远离所述安装台351的一端与所述承载片337连接。所述第三弹性件334套设在所述定位轴352上，并顶持所述安装台351；所述第三弹性件334与所述定位轴352之间还通过螺栓连接。

进一步的，如图5所示，所述第一杆体331上设置有容纳槽36，所述第一弹性件332、所述第二弹性件333、所述第三弹性件334和所述石墨烯电阻感应片336均位于所述容纳槽36内；当所述两个隧道管片未产生相对位移时，所述第二杆体335部分位于所述容纳槽36内，以使得当所述两个隧道管片产生相对位移时，所述第一杆体331、所述第一弹性件332、所述第二弹性件333、所述第三弹性件334和所述第二杆体335的运动均为直线运动，保证所述错台监测传感器3的检测精确度和准确性。

如图10所示，所述主控装置4包括固定座41、以及设置于所述固定座41上的电路基板42、数据采集接口43和无线信号发射装置44；所述数据采集接口43和所述无线信号发射装置44均与所述电路基板42电连接；所述数据采集接口43还与所述错台监测传感器3电连接。所述无线信号发射装置44与外部终端设备100无线连接；所述电路基板42通过所述数据采集接口43获取所述错台监测传感器3传送的电阻变化信号后，将该电信号通过所述无线信号发射装置44传送至外部终端设备100，外部终端设备100用于获取所述振动监测传感器输出的数据，并对该数据进行分析计算，从而获取安装有所述振动监测传感器的隧道管片的振动情况。

所述电路基板42上还设置有电池45，所述电池45为高容量电池；所述电池45为可充电电池，所述电池45上设置有充电端口46，以通过所述充电端口46与外部电源连接，为所述电路基板42供电。

如图1和图8所示，每一个位移传递板上均设置有至少三个振动监测传感器5，所述振动监测传感器5用于监测对应位移传递板的振动加速度信息；所述振动监测传感器5通过所述主控装置4与外部终端设备100连接，以通过外部终端设备100获取对应该位移传递板的隧道管片的振动情况。具体的，所述振动监测传感器5与所述数据采集接口43电连接。

所有振动监测传感器5两两相互垂直，从而实现对位移传递板沿X轴、Y轴和Z轴三轴方向振动情况的监测。本发明中一具体实施例，所述振动监测传感器5为三个，三个振动监测传感器(第一振动监测传感器、第二振动监测传感器和第三振动监测传感器)的连接方式如图所示：三个振动监测传感器5两两连接；第一振动监测传感器平行于位移传递板，以监测位移传递板沿Z轴方向的振动；第一振动监测传感器的相邻两侧分别与第二振动监测传感器、第三振动监测传感器连接；第二振动监测传感器用于监测位移传递板沿X轴方向的振动，第三振动监测传感器用于监测位移传递板沿Y轴方向的振动。

如图7所示，所述振动监测传感器5包括固定框51、质量块52、以及多个感应组件53；所述质量块52设置于所述固定框51的中心处，并可相对于所述固定框51振动；所述质量块52的振动方向垂直于所述固定框51所处平面。多个感应组件53位于所述固定框51内，并沿所述质量块52的周向均匀分布；多个感应组件53分别与所述质量块52和所述固定框51连接；所述感应组件53用于将所述质量块52的振动转化为电信号，所述感应组件53与所述主控装置4电连接。

如图1所示，位移传递板上设置有定位框6，所述定位框6包括四个定位板61，四个定位板61首尾依次连接形成闭环结构。三个振动监测传感器5均位于所述定位框6内，且第一振动监测传感器通过支架与位移传递板连接，支架将第一振动监测传感器与位移传递板隔离开，从而为其质量块52的振动提供位移空间；同理，第二振动监测传感器和第三振动监测传感器分别通过对应的支架与相邻两个定位板61连接，保证第二振动监测传感器和第三振动传感器在位移传递板上的连接稳定性，当位移传递板振动时，与其振动方向对应的振动监测传感器必然能够随其同步振动。

如图7所示，所述感应组件53包括传力杆531、等强度梁532和石墨烯电阻感应片533；所述传力杆531分别与所述质量块52和所述等强度梁532连接；所述传力杆531与所述等强度梁532不共面，且所述传力杆531所处平面与所述等强度梁532所处平面均垂直于所述质量块52的振动方向；即，所述传力杆531和所述等强度梁532沿所述质量块52的振动方向成一高一低布置，或一低一高布置，使得所述质量块52振动产生的振动力可以有效传递至所述等强度梁532。所述等强度梁532远离所述传力杆531的一端与所述固定框51连接；所述石墨烯电阻感应片533设置于所述等强度梁532上，并与所述主控装置4电连接。当位移传递板振动时，所述固定框51振动，从而带动所述质量块52振动，通过所述质量块52的振动带动所述等强度梁532和所述石墨烯电阻感应片533发生形变，进而改变所述石墨烯电阻感应片533的电阻，将位移传递板的振动的加速度物理量转化为所述石墨烯电阻感应片533的电阻值。通过所述主控装置4将电阻值传输至外部终端设备100，外部终端设备100根据电阻值分析计算得出位移传递板沿所述质量块52振动方向的位移量，从而获得隧道管片的振动位移量。等强度梁可以为金属，也可以为其他材质。

因此，本发明中通过三个振动监测传感器5可以同时监测位移传递板沿X轴、Y轴和Z轴三轴方向的加速度，通过三轴方向的加速度反映与位移传递板对应的隧道管片的振动情况。

振动监测传感器5中石墨烯电阻感应片533的结构与错台监测传感器3中石墨烯电阻感应片的结构相同，此处对振动监测传感器5中石墨烯电阻感应片533的结构不在进行赘述。

本发明中一具体实施例，如图所示，对于第一振动监测传感器，所述等强度梁532与位移传递板之间的距离大于所述传力杆531与位移传递板之间的距离；对于第二振动监测传感器和第三振动监测传感器，所述等强度梁532与对应定位板之间的距离大于所述传力杆531与对应定位板之间的距离。

本发明中一具体实施例，所述等强度梁532为等腰梯形等强度梁532，其载荷应力处处相等，使得所述石墨烯电阻感应片533各截面应变力相同，以提升所述振动监测传感器5对振动监测的准确性和灵敏性。等腰梯形等强度梁532的上底与所述传力杆531连接，下底与所述固定框51连接；所述质量块52为球形质量块。

如图7所示，所述等强度梁532与所述传力杆531之间设置有承接杆7，所述承接杆7垂直于所述传力杆531和所述等强度梁532，且所述承接杆7的两端分别与所述传力杆531和所述等强度梁532连接，以对所述传力杆531和所述等强度梁532进行支撑。

如图7所示，所述智能隧道管片监测系统还包括多个固定杆8，多个固定杆8分别与所述质量块52连接，并沿所述质量块52的周向均匀分布；如图9所示，所述固定框51朝向所述质量块52方向的内侧面设置有开槽511，所述固定杆8的一端插入所述开槽511内，且所述固定杆8沿垂直于所述固定框51所处平面的方向的两侧均设置有弹性件9，所述固定杆8沿垂直于所述固定框51所处平面的方向的两侧分别通过所述弹性件9与所述固定框51连接，以使得当位移传递板振动带动所述固定框51振动时，所述质量块52可以产生振动，且所述质量块52的振动方向与位移传递板的振动方向相同。

本发明中一具体实施例，所述固定框51为方形固定框，所述感应组件53为四个，并分别与所述固定框51的四边的中点连接。每相邻两个感应组件53之间均布置有一个固定杆8，且所述固定杆8与所述固定框51的拐角处连接。

如图11所示，所述智能隧道管片检测系统还包括保护壳10，所述保护壳10扣合在两个位移传递板上，以将两个位移传递板上的错台监测传感器3、振动监测传感器5、定位框6、主控装置4均包容在内，从而对上述各个构件进行保护。所述保护壳10与两个位移传递板中的一个固定连接；所述保护壳10与另外一个位移传递板之间未连接，以保证该位移传递板与所述保护壳10之间可以产生位置空间上的相对错动。如图11所示，本发明中一具体实施例，所述保护壳10与第一位移传递板1固定连接，所述保护壳10与第二位移传递板2之间未连接。图11中第二位移传递板2未与所述保护壳10接触，仅用于说明第二位移传递板2与所述保护壳10之间未连接；实际使用中当相邻两个隧道管片未产生相对位移时，第二位移传递板2与所述保护壳10相接触。

未连接所述保护壳10的位移传递板(第二位移传递板2)上对称设置有两个挡板11，两个挡板11均位于所述保护壳10内，并与所述保护壳10的侧壁之间具有间隙；所述间隙能够满足该位移传递板相对于所述保护壳10的相对错动。该位移传递板上的各个构件均位于两个挡板11之间，避免所述保护壳10与该位移传递板之间产生相对错动时，该位移传递板上的各个构件被所述保护壳10碰撞损坏。

如图12所示，每个隧道管片200沿圆周方向的两端均间隔布置有两个预留槽12，预留槽12位于隧道管片200的内侧面；所述两个预留槽12之间的距离为L；相邻两个隧道管片200的预留槽一一对应并连通，以配合安装两个位移传递板。当相邻两个隧道管片200中，经其中两个对应连通的预留槽内智能隧道管片监测系统监测得到：相邻两个隧道管片200沿Y轴和Z轴方向的相对位移分别为y₁、z₁；经另外两个对应连通的预留槽内智能隧道管片监测系统监测得到：相邻两个隧道管片200沿Y轴和Z轴方向的相对位移分别为y₂、z₂，通过外部终端设备100可计算得到相邻两个隧道管片200分别绕Y轴、Z轴的相对转动角度为：

如图1所示，外部终端设备100可以为电脑101、手机102等终端设备；如图2所示，外部终端设备100包括至少一个处理器(processor)，显示屏，以及存储器(memory)，还可以包括通信接口(Communications Interface)和总线。其中，处理器、显示屏、存储器和通信接口可以通过总线完成相互间的通信。显示屏设置为显示初始设置模式中预设的用户引导界面。通信接口可以传输信息。处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行对所述错台监测传感器和所述振动监测传感器输出的数据信号进行获取和分析计算。

此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

存储器作为一种计算机可读存储介质，可设置为存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令或模块。处理器通过运行存储在存储器中的软件程序、指令或模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现对所述错台监测传感器和所述振动监测传感器输出的数据信号进行获取和分析计算。

综上所述，本发明提供了一种智能隧道管片监测系统，通过在相邻两个隧道管片上分别布置位移传递板，并在位移传递板上设置错台监测传感器、振动监测传感器和主控装置，并将主控装置与外部终端设备连接；使用石墨烯感应电阻片耐腐蚀性好、不易受电磁干扰、灵敏度高、重量轻的优越性能，将隧道管片错位的位移物理量和振动加速度物理量转化为石墨烯感应电阻片的电阻值，并经过外部终端设备对数据的分析计算，从而对获知隧道管片的错台情况和振动情况。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种智能隧道管片监测系统，其特征在于，包括：第一位移传递板(1)、第二位移传递板(2)、错台监测传感器(3)、若干个振动监测传感器(5)、主控装置(4)、保护壳(10)、若干个隧道管片(200)；

所述第一位移传递板(1)与所述第二位移传递板(2)上分别安装有振动监测传感器(5)；

所述第一位移传递板(1)与所述第二位移传递板(2)相邻且间隔布置于相邻的两个隧道管片(200)上，第一位移传递板(1)与所述第二位移传递板(2)中任意一个与保护壳(10)连接；

所述错台监测传感器(3)分别与第一位移传递板(1)、所述第二位移传递板(2)连接，通过主控装置(4)与外部终端设备(100)连接；

所述振动监测传感器(5)通过主控装置(4)与外部终端设备(100)连接，若干个振动监测传感器(5)两两相互垂直连接。

2.根据权利要求1所述的智能隧道管片监测系统，其特征在于，还包括定位框(6)，所述定位框(6)用于将振动监测传感器(5)固定在内，分别设置在第一位移传递板(1)和第二位移传递板(2)上，包括四个定位板(61)，四个定位板(61)形成闭环结构。

3.根据权利要求1所述的智能隧道管片监测系统，其特征在于，

所述错台监测传感器(3)用于获取隧道管片(200)的位移物理量，包括依次连接的第一底座(31)、传动杆(32)、三个伸缩杆(33)和第二底座(34)；所述第一底座(31)和所述第二底座(34)分别设置于两个位移传递板上；一个伸缩杆(33)与所述第二底座(34)连接，所述传动杆连接有伸缩杆(33)，三个伸缩杆(33)的伸缩方向两两垂直；

所述伸缩杆(33)用于当第一位移传递板(1)与第二位移传递板(2)之间产生与其伸缩方向相同的位移时，将相对位移转化为电信号。

4.根据权利要求1所述的智能隧道管片监测系统，其特征在于，

所述振动监测传感器(5)用于监测振动加速度信息，包括：固定框(51)、质量块(52)、若干个感应组件(53)，所述质量块(52)设置于所述固定框(51)的中心处，所述质量块(52)通过所述感应组件(53)与所述固定框(51)连接，所述感应组件(53)沿质量块(52)的周向均匀分布。

5.根据权利要求1所述的智能隧道管片监测系统，其特征在于，所述主控装置(4)包括固定座(41)、设置于所述固定座(41)上的电路基板(42)、数据采集接口(43)和无线信号发射装置(44)；所述数据采集接口(43)和所述无线信号发射装置(44)均与所述电路基板(42)电性连接。

6.根据权利要求3所述的智能隧道管片监测系统，其特征在于，所述伸缩杆(33)包括依次连接的第一杆体(331)、第一弹性件(332)、第二弹性件(333)、第三弹性件(334)和第二杆体(335)，所述第一弹性件(332)与所述第三弹性件(334)之间还连接有第一石墨烯电阻感应片(336)，所述第一石墨烯电阻感应片(336)与所述第二弹性件(333)的弹性伸缩方向平行；所述第一石墨烯电阻感应片(336)与所述主控装置(4)电性连接。

7.根据权利要求6所述的智能隧道管片监测系统，其特征在于，所述第一杆体(331)上设置有容纳槽(36)，所述第一弹性件(332)、所述第二弹性件(333)、所述第三弹性件(334)和所述第一石墨烯电阻感应片(336)均安装于所述容纳槽(36)内。

8.根据权利要求4所述的智能隧道管片监测系统，其特征在于，所述感应组件(53)包括传力杆(531)、等强度梁(532)和第二石墨烯电阻感应片(533)；所述传力杆(531)分别与所述质量块(52)和所述等强度梁(532)连接；所述传力杆(531)与所述等强度梁(532)不共面，且所述传力杆(531)所处平面、所述等强度梁(532)所处平面均垂直于所述质量块(52)的振动方向；所述等强度梁(532)远离所述传力杆(531)的一端与所述固定框(51)连接；所述第二石墨烯电阻感应片(533)设置于所述等强度梁(532)上，并与所述主控装置(4)电性连接。

9.根据权利要求6或8任一种所述的智能隧道管片监测系统，其特征在于，所述伸缩杆中的第一石墨烯电阻感应片(336)与感应组件中的第二石墨烯电阻感应片(533)均包括承载片(337)、石墨烯导体层(338)和信号传输线(339)，所述石墨烯导体层(338)设置于所述承载片(337)内，所述信号传输线(339)分别与所述石墨烯导体层(338)和所述主控装置(4)电性连接。

10.根据权利要求4所述的智能隧道管片监测系统，其特征在于，还包括若干个固定杆(8)，所述固定杆(8)分别与所述质量块(52)连接，并沿所述质量块(52)的周向均匀分布；所述固定框(51)的内侧面设置有开槽(511)，所述固定杆(8)的一端插入所述开槽(511)内，所述固定杆(8)沿垂直于所述固定框(51)所处平面的方向的两侧均设置有弹性件(9)，所述弹性件(9)与所述固定框(51)连接。

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