CN204326044U - 一种基坑检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基坑检测仪，所述检测仪包括坑上控制设备、坑中测量设备和计算机；所述计算机与所述坑上控制设备相连；所述坑上控制设备固定在基坑口中部；所述坑中测量设备位于所述基坑内中心线上，与所述坑上控制设备通过钢丝相连；所述坑上控制设备设有缠绕所述钢丝的转轴和通过联轴器与所述转轴相连的直流减速电机。本检测装置体积小、重量轻，操作方便，能够对基坑的施工尺寸快速准确自动测量，保障了人员安全；可以方便用于复杂地理条件下的基坑尺寸测量。

Description

一种基坑检测仪

技术领域

本实用新型涉及一种检测仪，具体讲涉及一种输电线路的基坑检测仪。

背景技术

固定铁塔的输电线路基坑须铁塔相一致，因此基坑尺寸是基坑施工工程中需要严格控制。

目前测量基坑的方式一般有两种：自动检测装置和人工测量两种方式。现有的基坑自动检测装置体积庞大、重量过重等，需要专门的车辆运送到施工现场，导致很多场所无法使用；而人工测量方式需要测量人员携带米尺、梯子等工具下到基坑内部测量，不仅测量精度无法保证，而且给测量人员的安全带来很多隐患；

随着激光测距技术的不断发展，近年来出现了采用激光测距仪实现基坑测量的方法，申请号为201110191173.2的专利申请中披露了采用激光测距的方案来测量基坑尺寸；但该技术方案尚存在以下不足：

1难于解决测量设备的吊装问题。基坑通常为地面上十几米深的孔，孔径较小。这就决定了对坑的向下测量过程中测量设备不可能采用刚性的连接杆或其他部件，只能采用柔性连接部件例如：绳索、铰链等。而柔性连接部件会在向下运动的过程中出现摆动，例如水平方向的摆动和由于测量设备上电机水平转动而带来的圆周运动。

2难于解决测量设备的自动化测量问题。基坑尺寸的测量通常要分成几个到十几个断面来完成。不仅需要水平测量和垂直测量，同样还需要测量设备在竖直方向移动。如果采用人工的方式，一方面效率低，另一方面当基坑的深度比较深时，人无法看到基坑内部情况，导致各个断面间的距离控制不准。

3没有解决测量设备的定位问题。对基坑尺寸的测量首先要解决测量设备中心定位的问题，要求测量设备必须在基坑的设计中心进行尺寸测量，测量数据才有意义，如果偏离设计中心测量，测量数据没有意义。

因此，需要提供一种非接触式的自动检测装置，它既能满足体积小、重量轻、携带方便的特点，又能实现对基坑的施工尺寸的快速准确自动测量。

实用新型内容

为了克服现有技术中所存在的上述不足，本实用新型提供一种基坑检测仪。

本实用新型提供的技术方案是：一种基坑检测仪，所述检测仪包括坑上控制设备、坑中测量设备和计算机；其改进之处在于：所述计算机与所述坑上控制设备相连；所述坑上控制设备固定在基坑口中部；所述坑中测量设备位于所述基坑内中心线上，与所述坑上控制设备通过钢丝相连；所述坑上控制设备设有缠绕所述钢丝的转轴和通过联轴器与所述转轴相连的直流减速电机。

优选的，所述坑上控制设备包括基座、以及安装在所述基座同侧的第一电池、第一控制器、第一无线收发器、电机驱动器、直流减速电机、转轴和定滑轮；

所述第一控制器包括第一ARM微处理器和第一DC-DC转换器；

所述第一DC-DC转换器包括与所述第一电池连接的输入、以及分别与所述第一ARM微处理器、所述电机驱动器、所述直流减速电机和所述第一无线收发器连接的输出；

所述第一ARM微处理器、所述电机驱动器、所述直流减速电机依次连接，所述直流减速电机的另一端通过联轴器与所述转轴相连；所述第一ARM微处理器与所述第一无线收发器双向连接。

进一步，所述转轴通过轴承座固定在所述基座中部，所述轴承座包括一体成型的底座和中空固定件，所述固定件的内腔面呈与所述转轴相适应的圆柱面；所述底座通过螺栓固定在所述基座上，所述转轴穿过所述固定件，与所述固定件同轴安装。

进一步，所述轴承座位于所述转轴轴线方向的两侧；所述轴承座之间的所述转轴上同轴固定有两个圆形护板；所述两个圆形护板之间的所述转轴上缠绕有钢丝。

进一步，所述定滑轮包括分布在所述转轴两侧的三个定滑轮，所述三个定滑轮分别位于等边三角形A的三个顶点处，并通过紧固件固定在所述基座上。

优选的，所述坑中测量设备包括固定支架、以及安装在所述固定支架上的第二电池、第二控制器、第二无线收发器、垂直激光测距仪、二维激光测距仪、步进电机驱动器和步进电机；

所述第二控制器包括第二ARM微处理器和第二DC-DC转换器；

所述第二DC-DC转换器包括与所述第二电池相连的输入、以及分别与所述第二ARM微处理器、所述步进电机驱动器、所述步进电机和所述第二无线收发器相连的输出；

所述第二ARM微处理器、所述步进电机驱动器、所述步进电机以及所述二维激光测距仪依次连接；

所述第二ARM微处理器分别与所述垂直激光测距仪、所述二维激光测距仪、以及所述第二无线收发器双向连接。

进一步，所述固定支架包括同轴心设置的水平顶板和底板、以及圆周等分布在所述顶板和底板之间的竖直支撑杆；

所述二维激光测距仪竖直方向同轴安装在所述竖直支撑杆之间的所述水平底板和底板之间，并通过连接轴与所述底板转动连接；

所述底板底部垂直设置有分别用于固定所述第二电池、所述第二控制器、所述步进电机驱动器、所述步进电机、以及所述垂直激光测距仪的侧板；

所述无线收发器通过螺纹孔固定在所述底板底部；

所述步进电机通过所述连接轴与所述二维激光测距仪固定连接，用于控制所述二维激光测距仪水平转动。

进一步，所述顶板顶部固定有三个动滑轮；所述三个动滑轮分别位于等边三角形B的三个顶点处；所述等边三角形B的中心、等边三角形A的中心、以及基坑口的中心竖直方向位于同一直线上。

进一步，所述等边三角形A的边长大于所述等边三角形B的边长，所述等边三角形A的三个顶点处的定滑轮分别为第一定滑轮、第二定滑轮和第三定滑轮；所述等边三角形B的三个顶点处的定滑轮分别为动滑轮A、动滑轮B和动滑轮C；

所述第一定滑轮、所述第二定滑轮和所述第三定滑轮在所述顶板上的投影分别与所述动滑轮A、所述动滑轮B和所述动滑轮C一一对应；钢丝的一端固定于所述动滑轮A上，其另一端依次绕过所述第一定滑轮、所述第二定滑轮、所述动滑轮B、所述动滑轮C、所述第三定滑轮后缠绕在转轴上，并与所述转轴固定。

所述坑上控制设备采用如下方式固定在基坑口中部：

1)在陶挖基坑之前，过所述基坑口的设计中心点做两条直线段，所述两条直线段的端点分别位于所述基坑口外侧；

2)将所述两条直线段的端点分别标记为四个基准点；

3)在基坑陶挖完成后，沿所述两条直线段的四个基准点设置两条分别与所述直线段重合的柔性线；

4)将所述坑上控制设备通过三脚架固定在基坑口上，调节所述三角框架的位置，使所述坑上控制设备的三个定滑轮形成的等边三角形A的中心点与所述两条柔性线的交点重合。

与最接近的技术方案相比，本实用新型具有如下显著进步：

1本实用新型提供的检测装置体积小、重量轻、携带方便，能够实现复杂地理条件下基坑尺寸的测量；

2本实用新型提供的检测装置采用坑上控制设备的直流减速电机带动坑中测量设备上下移动，能够实现基坑任意断面直径的测量，动化程度高、效率高，同时减少人员操作带来的测量误差以及人工测量带来的不安全性；

3本实用新型通过定滑轮和动滑轮的设计有效解决了坑中测量设备在测量过程中的晃动、转动等问题，保证了测量过程的准确性。

4本实用新型在基坑挖掘之前设置基准点，解决了基坑中心定位的问题，使得测量结果更加准确有效。

附图说明

图1为坑上控制设备与坑中测量设备的连接结构示意图；

图2为基坑设计中心的定位原理图；

图3为坑上控制设备的结构示意图；

图4为图3中坑上控制设备的电气连接图；

图5为坑中测量设备的结构示意图；

图6为图5中坑中测量设备的电气连接图；

图7为计算机根据坑中测量设备的测量数据绘制的基坑纵断面示意图；

其中：1-电机驱动器；2-基座；3-直流减速电机；4-第一电池；5-联轴器；6-轴承座；7-转轴；8-第一定滑轮；9-第二定滑轮；10-第三定滑轮；11-第一控制器的控制板；12-第一无线收发器；13-护板；14-第二无线收发器；15-第二控制器和步进电机驱动器的控制板；16-动滑轮A；17-动滑轮B；18-动滑轮C；19-顶板；20-二维激光测距仪；21-步进电机；22-底板；23-垂直激光测距仪；24-侧板25-第二电池；26-钢丝。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合说明书附图对本实用新型的内容做进一步的说明。

本实用新型提供的基坑检测仪由三部分组成，包括：位于基坑上方的坑上控制设备、位于基坑中的坑中测量设备和计算机；坑上控制设备为坑中测量设备提供支撑，通过钢丝带动坑中测量设备上下移动，并通过无线收发器向坑中测量设备发送信息。

坑上控制设备和坑中测量设备的连接方式如图1所示：

图中1钢丝为整根钢丝，所有钢丝相连在一起。经过坑上控制设备的定滑轮和坑下测量设备的动滑轮的换向作用，在坑山控制设备和坑中测量设备之间起连接作用。

钢丝的缠绕顺序为：钢丝一段固定于坑中测量设备的动滑轮A处，绕过坑上控制设备的第一定滑轮，坑上控制设备的第二定滑轮，坑中测量设备的第动滑轮B，坑中测量设备的动滑轮C，坑上控制设备的第三定滑轮，最后另一端固定于坑上控制设备的转轴上。

随着图1中电机的转动，钢丝开始在转轴上缠绕或释放，经过多组定滑轮和动滑轮连接，从而带动坑中测量设备上升或下降。

坑上控制设备和坑中测量设备的三个定滑轮和三个动滑轮分别分布成等边三角形，这样钢丝在坑上控制设备和坑中测量设备的拉力点分布成等边三角形，使坑上控制设备和坑中测量设备受力均匀。

另外坑上控制设备的三个定滑轮分布的等边三角形的尺寸大于坑中测量设备的三个动滑轮形成的等边三角形尺寸，这样钢丝对坑中测量设备的拉力除了竖直方向的拉力以外，还有水平方向的拉力。该结构有效消除了坑中测量设备的步进电机转动带来的测量过程的圆周转动和水平晃动。

为了方便描述坑上控制设备和坑中测量设备的连接关系，图1中的坑上控制设备省略了图3中控制板、无线收发器和电池等器件的绘制；图1中的坑中测量设备省略了图5中底板、二维激光测距仪、以及安装在底板上的各个器件的绘制。

检测装置的定位如图2所示：

坑上控制设备通过三角架固定在基坑口上方。坑上控制设备的三个定滑轮的中心处和坑中测量设备的三个动滑轮的中心处均做有标志。而基坑的设计中心标记通常随着挖掘完成后也会消失，因此需要在基坑周围的直径两侧上布置4个基准点。如图2中A和A’,B和B’，图2中圆形为基坑。

根据图2中几个基准点确定基坑设计中心。在开始测量之前，需要将检测装置的标记中心与基坑设计中心重合。在A和A’以及B和B’间通过柔性线连接，调节装置三角架位置，使两根软线交叉中与检测装置的标记中心重合即可，从而找到基坑的设计中心。

坑上控制设备的结构如图3所示：

基座为各组件提供机械支撑。各组件都固定在基座上。第一控制器控制电机驱动器，电机驱动器控制直流减速电机旋转(包括正转和反转，从而控制井下部分的上升和下降)。直流减速电机通过连轴器带动转轴旋转，转轴由轴承座固定在基座上，钢丝一端固定在转轴上，并随着转轴的转动，缠绕到转轴上或从转轴上释放，护板用于转轴转动过程中保护钢丝，防止钢丝缠绕到其他部件。

如图4所示：第一控制器由第一DC-DC转换电路和第一ARM微处理器组成；

第一DC-DC转换器的输入端与第一电池相连，用于将第一电池的输出电压分别转换为第一RAM微处理器、电机驱动器、直流减速电机、以及第一无线收发器的工作电压后分别给第一RAM微处理器、电机驱动器、直流减速电机、以及第一无线收发器供电。

第一RAM微处理器起控制核心作用，其与第一无线收发器通过串口进行通信，第一无线收发器接收第一RAM微处理器发送的数据，通过天线发送到坑中测量设备，并通过天线接收坑中测量设备发送的数据，再通过串口传输到第一RAM微处理器。

第一无线收发器的工作频率为433MHz，其通信协议采用透明传输模式。

坑中测量设备的结构图如图5所示：

坑中测量设备利用激光测距传感器实现基坑数据的测量。

侧板、顶板、底板和支撑杆为各组件提供机械支撑；垂直激光测距仪、第二电池、第二控制器、步进电机驱动器、以及步进电机都固定在侧板上；其中第二控制器与步进电机驱动器集成在一块控制板上。第二无线收发器直接通过螺纹孔固定在底板底部。

如图6所示：第二控制器包括第二DC-DC转换器和第二ARM微处理器；

第二DC-DC转换器的输入端与第二电池相连，用于将第二电池的输出电压分别转换为第二RAM微处理器、步进电机驱动器、步进电机和第二无线收发器的工作电压后分别给第二RAM微处理器、步进电机驱动器、步进电机和第二无线收发器供电；

第二ARM微处理器通过串口与第二无线收发器通信，第二无线收发器接收坑上控制设备的测量命令，并传送到第二ARM微处理器中；第二RAM微处理器根据测量时序分别控制垂直激光测距仪测量基坑的深度、以及二维激光测距仪测量其与基坑侧壁的水平距离，并利用步进电机驱动器控制步进电机旋转，从而带动二维激光测距仪水平方向旋转，实现基坑直径的测量；并将测量数据通过第二无线收发器发送给主机。

第二ARM微处理器与垂直激光测距仪和二维激光测距仪的关系：

第二ARM微处理器过串口向垂直激光测距仪发送测量指令，垂直激光测距仪接收控制指令，测量到基坑底部的距离，并将测量结果通过串口发送回第二ARM微处理器；同理，第二ARM微处理器发送测量指令到二维激光测距仪，二维激光测距仪测量到基坑侧壁的距离，并将测量结果返回第二ARM微处理器。第二ARM微处理器通过步进电机驱动器驱动步进电机转动一定角度，步进电机通过轴连接带动二维激光测距仪转动相应角度；使得第二ARM微处理器获取该角度下二维激光测距仪测量距离，并根据电机转动角度及测距仪测量距离值，获得水平二维距离值，从而计算井壁直径。

第二ARM微处理器通过串口发送命令到第二无线收发器，第二无线收发器通过天线发射基坑测量数据到坑上控制设备的第一无线收发器；。

第二无线收发器与第一无线收发器的工作频率相同，为433MHz，其通信协议也采用透明传输模式；第二无线收发器与第一无线收发器配对使用，两者之间ID号相同，从而实现互相通信，避免外界干扰的存在。

第一无线收发器接收到坑中测量设备测量到的基坑数据以后通过串口发送给第一ARM微处理器；第一ARM微处理器通过串口与计算机通信；将基坑数据传输给计算机。

计算机通过通信线控制坑上控制设备的电机运动速度、坑中测量设备的步进电机转速、基坑深度测量间隔、以及基坑直径采样点数量等；

如图7所示，坑中测量设备测量到的基坑的各个断面直径和深度数据通过坑上控制设备发送给计算机；图7为计算机根据基坑的各个水平断面直径和深度数据生成的基坑竖直纵断面的示意图。

另外，计算机根据水平断面直径和深度数据计算基坑的垂直度：基坑垂直度的计算方式为：

由于二维激光测距仪是针对基坑的多个水平断面进行测量，垂直度计算需要采用两个步骤：第一，计算相邻两个断面的垂直度；第二，计算整个基坑的垂直度。

相邻两个断面的垂直度计算方式：

设水平面坐标方向分别为X轴和Y轴，垂直方向为Z轴。其中坐标原点为仪器测量原点。由于在测量过程中，坑中测量设备的二维激光传感器能够测量水平面上原点到基坑壁的360度方向上的直径，因此可以计算出基坑的圆心坐标(X₀和Y₀)；同理也可以测量出下一个基坑断面的圆心坐标为(X₁和Y₁)；两个相邻断面的高度差为Z₀，则该相邻两个断面的垂直度为：

V_x0＝(X₁-X₀)/Z₀；V_y0＝(Y₁-Y₀)/Z₀；

其中V_x0为垂直度在X轴方向的分量；V_y0为垂直度在Y轴方向的分量；

由各个断面间的垂直度，得到整个基坑的垂直度为：

V_x＝V_x0+V_x1+…+V_xi；V_y＝V_y0+V_y1+…+V_yi；其中i为测量的基坑断面的数量；

统一成一个垂直度数据为：其中，V_x为整个基坑垂直度X轴方向的分量；V_y为整个基坑垂直度Y轴方向的分量；V即为整个基坑的垂直度。

以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均在申请待批的本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种基坑检测仪，所述检测仪包括坑上控制设备、坑中测量设备和计算机；其特征在于：所述计算机与所述坑上控制设备相连；所述坑上控制设备固定在基坑口中部；所述坑中测量设备位于所述基坑内中心线上，与所述坑上控制设备通过钢丝相连；所述坑上控制设备设有缠绕所述钢丝的转轴和通过联轴器与所述转轴相连的直流减速电机。

2.如权利要求1所述的一种基坑检测仪，其特征在于：

所述坑上控制设备包括基座、以及安装在所述基座同侧的第一电池、第一控制器、第一无线收发器、电机驱动器、直流减速电机、转轴和定滑轮；

所述第一控制器包括第一ARM微处理器和第一DC-DC转换器；

所述第一DC-DC转换器包括与所述第一电池连接的输入、以及分别与所述第一ARM微处理器、所述电机驱动器、所述直流减速电机和所述第一无线收发器连接的输出；

所述第一ARM微处理器、所述电机驱动器、所述直流减速电机依次连接，所述直流减速电机的另一端通过联轴器与所述转轴相连；所述第一ARM微处理器与所述第一无线收发器双向连接。

3.如权利要求2所述的一种基坑检测仪，其特征在于：

所述转轴通过轴承座固定在所述基座中部，所述轴承座包括一体成型的底座和中空固定件，所述固定件的内腔面呈与所述转轴相适应的圆柱面；所述底座通过螺栓固定在所述基座上，所述转轴穿过所述固定件，与所述固定件同轴安装。

4.如权利要求3所述的一种基坑检测仪，其特征在于：

所述轴承座位于所述转轴轴线方向的两侧；所述轴承座之间的所述转轴上同轴固定有两个圆形护板；所述两个圆形护板之间的所述转轴上缠绕有钢丝。

5.如权利要求2所述的一种基坑检测仪，其特征在于：

所述定滑轮包括分布在所述转轴两侧的三个定滑轮，所述三个定滑轮分别位于等边三角形A的三个顶点处，并通过紧固件固定在所述基座上。

6.如权利要求1所述的一种基坑检测仪，其特征在于：

所述坑中测量设备包括固定支架、以及安装在所述固定支架上的第二电池、第二控制器、第二无线收发器、垂直激光测距仪、二维激光测距仪、步进电机驱动器和步进电机；

所述第二控制器包括第二ARM微处理器和第二DC-DC转换器；

所述第二DC-DC转换器包括与所述第二电池相连的输入、以及分别与所述第二ARM微处理器、所述步进电机驱动器、所述步进电机和所述第二无线收发器相连的输出；

所述第二ARM微处理器、所述步进电机驱动器、所述步进电机以及所述二维激光测距仪依次连接；

所述第二ARM微处理器分别与所述垂直激光测距仪、所述二维激光测距仪、以及所述第二无线收发器双向连接。

7.如权利要求6所述的一种基坑检测仪，其特征在于：

所述固定支架包括同轴心设置的水平顶板和底板、以及圆周等分布在所述顶板和底板之间的竖直支撑杆；

所述二维激光测距仪竖直方向同轴安装在所述竖直支撑杆之间的所述水平底板和底板之间，并通过连接轴与所述底板转动连接；

所述底板底部垂直设置有分别用于固定所述第二电池、所述第二控制器、所述步进电机驱动器、所述步进电机、以及所述垂直激光测距仪的侧板；

所述无线收发器通过螺纹孔固定在所述底板底部；

所述步进电机通过所述连接轴与所述二维激光测距仪固定连接，用于控制所述二维激光测距仪水平转动。

8.如权利要求7所述的一种基坑检测仪，其特征在于：

所述顶板顶部固定有三个动滑轮；所述三个动滑轮分别位于等边三角形B的三个顶点处；所述等边三角形B的中心、等边三角形A的中心、以及基坑口的中心竖直方向位于同一直线上。

9.如权利要求8所述的一种基坑检测仪，其特征在于：

所述等边三角形A的边长大于所述等边三角形B的边长，所述等边三角形A的三个顶点处的定滑轮分别为第一定滑轮、第二定滑轮和第三定滑轮；所述等边三角形B的三个顶点处的定滑轮分别为动滑轮A、动滑轮B和动滑轮C；

所述第一定滑轮、所述第二定滑轮和所述第三定滑轮在所述顶板上的投影分别与所述动滑轮A、所述动滑轮B和所述动滑轮C一一对应；钢丝的一端固定于所述动滑轮A上，其另一端依次绕过所述第一定滑轮、所述第二定滑轮、所述动滑轮B、所述动滑轮C、所述第三定滑轮后缠绕在转轴上，并与所述转轴固定。