CN210737621U - 一种基坑水平位移和竖向位移监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基坑水平位移和竖向位移监测装置，包括基坑、竖向位移监测模块、水平位移监测模块和控制模块，所述竖向位移监测模块包括底座、水平调节机构和竖向位移检测组件，所述水平调节机构包括滑轨和滑块，所述竖向位移检测组件包括安装座、水平板、第一激光测距传感器和第二激光测距传感器，所述水平位移监测模块包括水平测量尺和摄像头。本实用新型结构简单、设计合理且使用效果好，对基坑水平位移和竖向位移进行实时测量，能及时、准确的预报，以便及时采取有效措施，避免事故的发生，为基坑有效安全施工提供了保障。

Description

一种基坑水平位移和竖向位移监测装置

技术领域

本实用新型属于基坑监测技术领域，尤其是涉及一种基坑水平位移和竖向位移监测装置。

背景技术

目前，随着中国经济的高速发展，我国的城市地铁和城际铁路修建的越来越多，在城市中随处可见基坑开挖，在基坑开挖过程中一侧土体开挖，另一侧土压力、水压力就会作用在基坑侧壁墙体上，基坑侧壁墙顶水平方向上垂直于基坑的位移量，称之为水平位移，因此对基坑的水平位移监测在安全生产中越来越重要。但是目前基坑水平位移的检测一般是沿基坑边缘设置水平位移监测点，采用全站仪对水平位移监测点的位移变化进行检测而实现基坑水平位移的变化，测量过程繁杂，不能及时有效地监测，不便于在位移严重情况下及时报警和采取措施。竖向位移监测能及时反映开挖后基坑周边的土体的沉降量，目前主要利用水准仪上的水平轴线，通过几何原理，测得埋设在基坑周边土体监测点的高差变化量。因此，现如今缺少一种结构简单、设计合理且效果好的基坑水平位移监测装置，通过对基坑水平位移和竖向位移进行实时测量，能及时、准确的预报，以便及时采取有效措施，避免事故的发生，为基坑有效安全施工提供了保障。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基坑水平位移和竖向位移监测装置，其结构简单、设计合理且使用效果好，对基坑水平位移和竖向位移进行实时测量，能及时、准确的预报，以便及时采取有效措施，避免事故的发生，为基坑有效安全施工提供了保障。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基坑水平位移和竖向位移监测装置，其特征在于：包括基坑、设置在基坑四周且对基坑四周的竖向位移进行检测的竖向位移监测模块、对基坑四周的水平位移进行检测的水平位移监测模块，以及对所述竖向位移监测模块和所述水平位移监测模块进行控制的控制模块，所述竖向位移监测模块包括设置在基坑外且位于地面上的底座、安装在底座上的水平调节机构和安装在所述水平调节机构上的竖向位移检测组件，所述水平调节机构包括安装在底座上的滑轨和安装在滑轨上的滑块，所述竖向位移检测组件包括安装在滑块上的安装座、与安装座固定连接且一端伸入基坑内的水平板、设置在水平板一端的第一激光测距传感器和第二激光测距传感器；

所述水平位移监测模块包括安装在底座上的水平测量尺和安装在水平板上的摄像头，所述水平测量尺位于摄像头的正下方，且所述水平测量尺的一端伸入基坑内；

所述控制模块包括微控制器以及与微控制器连接的以太网通信模块，所述微控制器通过以太网通信模块与监控计算机连接，所述摄像头通过 USB线与监控计算机连接，所述第一激光测距传感器和第二激光测距传感器的输出端与微控制器相接。

上述的一种基坑水平位移和竖向位移监测装置，其特征在于：所述微控制器为单片机、ARM微控制器或者DSP微控制器，所述微控制器的输出端接有显示屏和报警器；

所述底座上设置有竖杆，所述竖杆上套装有U形件，所述水平测量尺的另一端依次设置有连接件和耳板，所述耳板伸入U形件内，所述U形件和耳板内穿设有销轴，所述销轴的伸出端套设有锁紧螺母。

上述的一种基坑水平位移和竖向位移监测装置，其特征在于：所述第一激光测距传感器的电源正极输出端接12V电源输出端，所述第一激光测距传感器的电源负极输出端接地，所述第一激光测距传感器的RXD引脚和的TXD引脚第一激光测距传感器均与微控制器相接；

所述第二激光测距传感器的电源正极输出端接12V电源输出端，所述第二激光测距传感器的电源负极输出端接地，所述第二激光测距传感器的 RXD引脚和第二激光测距传感器的TXD引脚均与微控制器相接。

上述的一种基坑水平位移和竖向位移监测装置，其特征在于：所述以太网通信模块包括芯片MAX1487和RS485转以太网P6，所述芯片MAX1487 的第1引脚、芯片MAX1487的第2引脚和第3引脚以及芯片MAX1487的第 4引脚均与微控制器相接，所述芯片MAX1487的第5引脚接地，所述芯片 MAX1487的第6引脚分三路，一路经电阻R13与5V电源输出端相接，另一路与稳压管D5的阳极相接，第三路与RS485转以太网P6的A+接口相接；所述芯片MAX1487的第7引脚分三路，一路经电阻R14接地，另一路与稳压管D4的阳极相接，第三路与RS485转以太网P6的B-接口相接；所述稳压管D5的阴极和稳压管D4的阴极均接地。

上述的一种基坑水平位移和竖向位移监测装置，其特征在于：所述报警器包括闪光灯LED4和蜂鸣器LS1，所述闪光灯LED4的阳极经电阻R2 接5V电源输出端，所述闪光灯LED4的阴极与三极管Q3的集电极相接，所述三极管Q3的基极经电阻R48接微控制器引脚，所述三极管Q3的发射极接地；所述蜂鸣器LS1的一端经电阻R4接地，所述蜂鸣器LS1的另一端接三极管Q2的发射极，所述三极管Q2的集电极接5V电源输出端，所述三极管Q2的基极经电阻R3与微控制器相接。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型基坑水平位移和竖向位移监测装置结构、设计合理且安装简便、省时省力。

2、本实用新型竖向位移检测组件中设置第一激光测距传感器和第二激光测距传感器，是为了对竖向位移变化值进行均值处理，提高测量准确度；另外，是为了避免监测时某一个激光测距传感器的损坏造成监测装置的停止。

3、本实用新型设置摄像头对基坑边缘位于水平测量尺的位置进行拍摄并发送至监控计算机，观测者根据基坑边缘投影在水平测量尺上的刻度值与基坑边缘投影在水平测量尺上的初始刻度值之差，获取基坑边缘的水平位移变化量。

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且使用效果好，对基坑水平位移和竖向位移进行实时测量，能及时、准确的预报，以便及时采取有效措施，避免事故的发生，为基坑有效安全施工提供了保障。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型竖向位移监测模块和水平位移监测模块的结构示意图。

图3为本实用新型的电路原理框图。

图4为本实用新型第一激光测距传感器的电路原理图。

图5为本实用新型第二激光测距传感器的电路原理图。

图6为本实用新型以太网通信模块的电路原理图。

图7为本实用新型报警器中闪烁灯的电路原理图。

图8为本实用新型报警器中蜂鸣器的电路原理图。

附图标记说明:

1—基坑； 2—第一激光测距传感器； 3—第二激光测距传感器；

4—摄像头； 5—水平测量尺； 6—连接件；

7—耳板； 8—竖杆； 9—水平板；

10—凸台； 11—销轴； 12—安装座；

13—滑块； 14—滑轨； 15—底座；

16—U形件； 17—显示屏； 18—报警器；

19—以太网通信模块； 20—微控制器； 21—监控计算机。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本实用新型包括基坑1、设置在基坑1四周且对基坑1四周的竖向位移进行检测的竖向位移监测模块、对基坑1四周的水平位移进行检测的水平位移监测模块，以及对所述竖向位移监测模块和所述水平位移监测模块进行控制的控制模块，所述竖向位移监测模块包括设置在基坑1外且位于地面上的底座15、安装在底座15上的水平调节机构和安装在所述水平调节机构上的竖向位移检测组件，所述水平调节机构包括安装在底座15上的滑轨14和安装在滑轨14上的滑块13，所述竖向位移检测组件包括安装在滑块13上的安装座12、与安装座12固定连接且一端伸入基坑1 内的水平板9、设置在水平板9一端的第一激光测距传感器2和第二激光测距传感器3；

所述水平位移监测模块包括安装在底座15上的水平测量尺5和安装在水平板9上的摄像头4，所述水平测量尺5位于摄像头4的正下方，且所述水平测量尺5的一端伸入基坑1内；

所述控制模块包括微控制器20以及与微控制器20连接的以太网通信模块19，所述微控制器20通过以太网通信模块19与监控计算机21连接，所述摄像头4通过USB线与监控计算机21连接，所述第一激光测距传感器2和第二激光测距传感器3的输出端与微控制器20相接。

如图2所示，本实施例中，所述微控制器20为单片机、ARM微控制器或者DSP微控制器，所述微控制器20的输出端接有显示屏17和报警器18；

所述底座15上设置有竖杆8，所述竖杆8上套装有U形件16，所述水平测量尺5的另一端依次设置有连接件6和耳板7，所述耳板7伸入U形件16 内，所述U形件16和耳板7内穿设有销轴11，所述销轴11的伸出端套设有锁紧螺母。

本实施例中，设置销轴11，是为了水平测量尺5的另一端通过耳板7 能绕销轴11转动，从而将水平测量尺5进行收放。

本实施例中，所述微控制器20为STM32F103VET6微控制器，其功耗低，且外围接口多，便于显示、报警和信号模块等的连接。

本实施例中，所述滑轨14上设置有对水平板9进行支撑的凸台10。

如图4和图5所示，本实施例中，所述第一激光测距传感器2的电源正极输出端接12V电源输出端，所述第一激光测距传感器2的电源负极输出端接地，所述第一激光测距传感器2的RXD引脚与微控制器20的PA9引脚相接，所述第一激光测距传感器2的TXD引脚与微控制器20的PA10引脚相接；

所述第二激光测距传感器3的电源正极输出端接12V电源输出端，所述第二激光测距传感器3的电源负极输出端接地，所述第二激光测距传感器3 的RXD引脚与微控制器20的PB10引脚相接，所述第二激光测距传感器3的 TXD引脚与微控制器20的PB11引脚相接。

本实施例中，第一激光测距传感器2和第二激光测距传感器3可参考 RLM-S150C激光测距传感器，可抵抗环境光、光流、电子等干扰，数据可靠性高。另外其可实现高精度、无接触、不间断的距离监测。

如图6所示，本实施例中，所述以太网通信模块19包括芯片MAX1487 和RS485转以太网P6，所述芯片MAX1487的第1引脚与微控制器20的PC11 引脚相接，所述芯片MAX1487的第2引脚和第3引脚的连接端与微控制器 20的PB12引脚相接，所述芯片MAX1487的第4引脚与微控制器20的PC10 引脚相接，所述芯片MAX1487的第5引脚接地，所述芯片MAX1487的第6引脚分三路，一路经电阻R13与5V电源输出端相接，另一路与稳压管D5 的阳极相接，第三路与RS485转以太网P6的A+接口相接；所述芯片MAX1487 的第7引脚分三路，一路经电阻R14接地，另一路与稳压管D4的阳极相接，第三路与RS485转以太网P6的B-接口相接；所述稳压管D5的阴极和稳压管D4的阴极均接地。

本实施例中，通过设置以太网通信模块19，微控制器20将得到的基坑竖向位移通过网络无线发送至监控计算机21，从而便于监控室内的工作人员进行远距离监控。

本实施例中，具体实施时，摄像头4可参考型号为QR-USB30W02M的USB 摄像头。

本实施例中，摄像头4对基坑1边缘位于水平测量尺5的位置进行拍摄，得到第一拍摄图像并发送至监控计算机21，观测者通过第一拍摄图像观察到基坑1边缘投影在水平测量尺5上的初始刻度值；之后，摄像头4 对基坑1边缘位于水平测量尺5的位置进行下一次拍摄，得到第二拍摄图像并发送至监控计算机21，观测者通过第二拍摄图像观察到基坑1边缘投影在水平测量尺5上的第二次刻度值，从而根据第二次刻度值和初始刻度值之差，获取基坑1边缘的水平位移变化量。

本实施例中，实际监测过程中，初始监测时，第一激光测距传感器2对第一激光测距传感器2发射点距离基坑1底部的第一间距进行测量，并将检测到的第一间距发送至微控制器20，第二激光测距传感器3对第二激光测距传感器3发射点距离基坑1底部的第二间距进行测量，并将检测到的第二间距发送至微控制器20，微控制器20得到第一初始间距和第二初始间距。在基坑1变化的过程中，第一激光测距传感器2对第一激光测距传感器2发射点距离基坑1底部的第一间距进行测量，并将检测到的第一间距发送至微控制器20，微控制器20将接收到的第一间距与第一初始间距之差得到第一竖向位移变化值；第二激光测距传感器3对第二激光测距传感器3发射点距离基坑1底部的第二间距进行测量，并将检测到的第二间距发送至微控制器20，微控制器20将接收到的第二间距与第二初始间距之差得到第二竖向位移变化值，从而将第一竖向位移变化值和第二竖向位移变化值进行均值处理，实现基坑1竖向位移变化监测，监测快捷。

本实施例中，需要说明的是，基坑1的竖向位移就是基坑1表面的沉降量，当基坑1表面沉降时，第一激光测距传感器2和第二激光测距传感器3随底座15同步沉降，因此通过间距差值就能反应基坑1的竖向位移。

本实施例中，设置第一激光测距传感器2和第二激光测距传感器3，是为了对竖向位移变化值进行均值处理，提高测量准确度；另外，是为了避免监测时某一个激光测距传感器的损坏造成监测装置的停止。

本实施例中，设置显示屏17，是为了对基坑1的竖向位移变化值和水平位移变化值进行显示，便于工作人员进行查看。

如图7和图8所示，本实施例中，所述报警器18包括闪光灯LED4和蜂鸣器LS1，所述闪光灯LED4的阳极经电阻R2接5V电源输出端，所述闪光灯LED4的阴极与三极管Q3的集电极相接，所述三极管Q3的基极经电阻 R48接微控制器20的PA5引脚，所述三极管Q3的发射极接地；所述蜂鸣器LS1的一端经电阻R4接地，所述蜂鸣器LS1的另一端接三极管Q2的发射极，所述三极管Q2的集电极接5V电源输出端，所述三极管Q2的基极经电阻R3与微控制器20的PA4引脚相接。

本实施例中，设置闪光灯LED4和蜂鸣器LS1，是为了当微控制器20 处理得到的竖向位移变化值大于竖向位移设定值或者水平位移变化值大于水平位移设定值位移设定值时，微控制器20控制闪光灯LED4闪光和蜂鸣器LS1预警，从而实现声光报警，便于工作人员及时获取报警信息，避免基坑1竖向位移或者水平位移变化较大，造成施工故障。

本实施例中，设置滑轨14和滑块13，是为了通过调节滑块13在滑轨14 上的位置而调节安装座12的位置，进而实现竖向位移检测组件距离基坑1内侧壁的水平间距调节，避免第一激光测距传感器2和第二激光测距传感器3 发射的激光不能投射至基坑1内的底部。

本实施例中，需要说明的是，实际使用过程中，需要在基坑1内的底部增设反光板，提高了激光反射强度，从而便于激光测距。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基坑水平位移和竖向位移监测装置，其特征在于：包括基坑(1)、设置在基坑(1)四周且对基坑(1)四周的竖向位移进行检测的竖向位移监测模块、对基坑(1)四周的水平位移进行检测的水平位移监测模块，以及对所述竖向位移监测模块和所述水平位移监测模块进行控制的控制模块，所述竖向位移监测模块包括设置在基坑(1)外且位于地面上的底座(15)、安装在底座(15)上的水平调节机构和安装在所述水平调节机构上的竖向位移检测组件，所述水平调节机构包括安装在底座(15)上的滑轨(14)和安装在滑轨(14)上的滑块(13)，所述竖向位移检测组件包括安装在滑块(13)上的安装座(12)、与安装座(12)固定连接且一端伸入基坑(1)内的水平板(9)、设置在水平板(9)一端的第一激光测距传感器(2)和第二激光测距传感器(3)；

所述水平位移监测模块包括安装在底座(15)上的水平测量尺(5)和安装在水平板(9)上的摄像头(4)，所述水平测量尺(5)位于摄像头(4)的正下方，且所述水平测量尺(5)的一端伸入基坑(1)内；

所述控制模块包括微控制器(20)以及与微控制器(20)连接的以太网通信模块(19)，所述微控制器(20)通过以太网通信模块(19)与监控计算机(21)连接，所述摄像头(4)通过USB线与监控计算机(21)连接，所述第一激光测距传感器(2)和第二激光测距传感器(3)的输出端与微控制器(20)相接。

2.按照权利要求1所述的一种基坑水平位移和竖向位移监测装置，其特征在于：所述微控制器(20)为单片机、ARM微控制器或者DSP微控制器，所述微控制器(20)的输出端接有显示屏(17)和报警器(18)；

所述底座(15)上设置有竖杆(8)，所述竖杆(8)上套装有U形件(16)，所述水平测量尺(5)的另一端依次设置有连接件(6)和耳板(7)，所述耳板(7)伸入U形件(16)内，所述U形件(16)和耳板(7)内穿设有销轴(11)，所述销轴(11)的伸出端套设有锁紧螺母。

3.按照权利要求1所述的一种基坑水平位移和竖向位移监测装置，其特征在于：所述第一激光测距传感器(2)的电源正极输出端接12V电源输出端，所述第一激光测距传感器(2)的电源负极输出端接地，所述第一激光测距传感器(2)的RXD引脚和第一激光测距传感器(2)的TXD引脚均与微控制器(20)相接；

所述第二激光测距传感器(3)的电源正极输出端接12V电源输出端，所述第二激光测距传感器(3)的电源负极输出端接地，所述第二激光测距传感器(3)的RXD引脚和第二激光测距传感器(3)的TXD引脚均与微控制器(20)相接。

4.按照权利要求1所述的一种基坑水平位移和竖向位移监测装置，其特征在于：所述以太网通信模块(19)包括芯片MAX1487和RS485转以太网P6，所述芯片MAX1487的第1引脚、芯片MAX1487的第2引脚和第3引脚以及芯片MAX1487的第4引脚均与微控制器(20)相接，所述芯片MAX1487的第5引脚接地，所述芯片MAX1487的第6引脚分三路，一路经电阻R13与5V电源输出端相接，另一路与稳压管D5的阳极相接，第三路与RS485转以太网P6的A+接口相接；所述芯片MAX1487的第7引脚分三路，一路经电阻R14接地，另一路与稳压管D4的阳极相接，第三路与RS485转以太网P6的B-接口相接；所述稳压管D5的阴极和稳压管D4的阴极均接地。

5.按照权利要求2所述的一种基坑水平位移和竖向位移监测装置，其特征在于：所述报警器(18)包括闪光灯LED4和蜂鸣器LS1，所述闪光灯LED4的阳极经电阻R2接5V电源输出端，所述闪光灯LED4的阴极与三极管Q3的集电极相接，所述三极管Q3的基极经电阻R48接微控制器(20) 引脚，所述三极管Q3的发射极接地；所述蜂鸣器LS1的一端经电阻R4接地，所述蜂鸣器LS1的另一端接三极管Q2的发射极，所述三极管Q2的集电极接5V电源输出端，所述三极管Q2的基极经电阻R3与微控制器(20)相接。

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