CN212409636U - 一种隧道变形实时自动监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隧道变形实时自动监测装置，属于隧道监测技术领域，以解决围岩变形后激光测距传感装置与标靶无法对齐，数据采集误差大的问题。装置包括依次通过电路连接的激光传感器控制模块、激光测距传感器、单片机、还包括旋转监测装置、电机控制模块；旋转监测装置设置在隧道的拱顶，包括从上至下依次连接的第一安装座、旋转电机组件，旋转电机组件的驱动端与激光测距传感器连接，旋转电机组件可带激光测距传感器自由旋转；电机控制模块一端通过电路连接单片机，电机控制模块另一端通过电缆连接旋转电机组件。本实用新型结构简单、体积小，易于安装，响应速度快，测量精度高，无需检测人员现场操作，可实现远程在线连续监测。

Description

一种隧道变形实时自动监测装置

技术领域

本实用新型属于隧道监测技术领域，具体涉及一种隧道变形实时自动监测装置。

背景技术

隧道运营过程中，虽然围岩变形基本稳定，但不排除由于老化、地下水等自然因素和人为因素变化导致围岩变形发生较大变化。如何最大限度的避免因围岩突然出现较大变形产生的隧道病害成为值得研究的方向。

早期监测常常是利用断面仪、收敛计等根据围岩变形速率按照一定的频率进行监测，每次监测任务必须由技术人员到现场操作完成，尤其在车流量大的隧道进行监测任务时危险系数大，拱顶位置高不宜架设测量仪器，加上隧道内粉尘、尾气等影响，严重危害技术人员的健康和安全。

随着信息化监测技术的发展，自动化的监测设备也开始广泛的安装在施工和运营的隧道内壁，用于监测围岩变形情况，保障隧道的施工与运营安全。

现有技术中多采用激光测距传感装置来进行核心的数据采集，但是激光测距传感装置一般会在隧道内壁设置靶标，但万一出现围岩变形情况，激光测距传感装置的方向会随变形而改变，这就无法保障长期监测中，光信号能一直对准靶标，进而导致监测误差的出现。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种隧道变形实时自动监测装置，以解决围岩变形后激光测距传感装置与标靶无法对齐，数据采集误差大的问题。

为了解决以上问题，本实用新型技术方案为：

一种隧道变形实时自动监测装置，包括依次通过电路连接的激光传感器控制模块、激光测距传感器、单片机、还包括旋转监测装置、电机控制模块；

旋转监测装置设置在隧道的拱顶，包括从上至下依次连接的第一安装座、旋转电机组件，旋转电机组件的驱动端与激光测距传感器连接，旋转电机组件可带激光测距传感器自由旋转；

电机控制模块一端通过电路连接单片机，电机控制模块另一端通过电缆连接旋转电机组件。

进一步的，旋转监测装置在隧道的拱顶设置多组

进一步的，还包括定向监测装置，定向监测装置包括从上至下依次连接的第二安装座、定位盘、活动调节盘，其中定位盘与活动调节盘通过至少3根弹性连接件连接，活动调节盘底部连接有激光测距传感器，活动调节盘采用较重材质制成，以保证铅锤效果；

与所述定向监测装置位于同一竖直平面的拱腰与边墙分别对称设置至少两组旋转监测装置。

进一步的，定向监测装置与配套的旋转监测装置成组间隔设置在单独的旋转监测装置之间。

进一步的，单片机通过5G物联网模块无线连接有远程上位机。

进一步的，远程上位机分别连接有警示器及LED大屏，警示器及LED大屏设置在隧道的入口处。

本实用新型的有益效果如下：

（1）本实用新型通过旋转电机组件带动激光测距传感器自由旋转，实现单个激光测距传感器对隧道全方位测距，大致监测围岩变形情况，相比传统监测设备投入成本大大降低。

（2）多个激光测距传感器组合对隧道全方位测距，准确监测围岩变形情况，相比传统监测设备需要多点监测，投入成本仍然降低。

（3）通过拱顶设置的定向监测装置与拱腰、边墙设置的旋转监测装置的组合，保证监测中，哪怕围岩变形，也能及时调整激光测距传感器朝向，使之与靶标始终保持对齐状态，准确采集数据，保证监测的精准性；定向监测装置由于定向向下，采用弹性连接件与较重的活动调节盘的配合，在弹性连接件作用下，即使围岩轻微变形，也是弹性连接件取力，活动调节盘仍然保持水平，进而保证激光测距传感器在任意情况下保持竖直状态，省去旋转电机组件，成本投入最节省，故障维修率低。

（4）将定向监测装置与配套的旋转监测装置成组间隔设置在单独的旋转监测装置之间，既能保证监测的精准程度，又能最大程度的减少设备投入，更加便于控制和维护。

（5）引入最新的5G物联网模块便于信号传输的稳定性和及时性，通过上位机的数据处理再发送至隧道入口处的警示器及LED大屏，保证行车司机有足够的安全距离做出紧急响应，进而以保证行车安全。

（6）本实用新型可用于实时监测运营隧道围岩变形，结构简单、体积小，易于安装，响应速度快，测量精度高，无需检测人员现场操作，可实现远程在线连续监测。

附图说明

图1为一种隧道变形实时自动监测装置的结构示意图；

图2为一种隧道变形实时自动监测装置中旋转监测装置的结构示意图；

图3为一种隧道变形实时自动监测装置中定向监测装置的结构示意图；

图4为一种隧道变形实时自动监测装置中电机控制模块的具体连接关系示意图；

图5为一种隧道变形实时自动监测装置中激光传感器控制模块的具体连接关系示意图。

附图标记如下：1-围岩；2-旋转监测装置；21-第一安装座；3-定向监测装置；31-第二安装座；32-定位盘；33-活动盘；34-弹性连接件；4-电机控制模块；41-旋转电机组件；5-激光传感器控制模块；51-激光测距传感器；6-单片机；61-电线；7-5G物联网模块；8-远程上位机；9-警示器；10-LED大屏。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

如图1-5所示，一种隧道变形实时自动监测装置，一种隧道变形实时自动监测装置，包括控制系统、旋转监测装置2、定向监测装置3；

参照图1、图4、图5：控制装置包括：与单片机6分别相连接的电机控制模块4、激光传感器控制模块5，电机控制模块4另一端通过电缆61连接有旋转电机组件41；激光传感器控制模块5另一端通过电缆61连接有激光测距传感器51，单片机6还通过5G物联网模块7无线连接有远程上位机8，远程上位机8分别连接有警示器9及LED大屏10，所述警示器9及LED大屏10设置在隧道1的入口处；

参照图3：旋转监测装置2设置在隧道1的拱顶，包括从上至下依次连接的第一安装座21、旋转电机组件41，所述旋转电机组件41的驱动端与激光测距传感器51连接，所述旋转电机组件41可带激光测距传感器51自由旋转；旋转监测装置2在隧道1的拱顶可以设置一组，也可以设置多组，根据隧道长度和地质结构稳定程度确定设置数量。

参照图2：定向监测装置3，所述定向监测装置3包括从上至下依次连接的第二安装座31、定位盘32、活动调节盘33，其中定位盘32与活动调节盘33通过至少3根弹性连接件34连接，所述活动调节盘33底部连接有激光测距传感器51；

与上述定向监测装置3位于同一平面的拱腰与边墙分别对称设置至少两组旋转监测装置2。

当隧道较长、地质结构不太稳定时，或者其他情况需要精准监测的隧道中，定向监测装置3与配套的旋转监测装置2可成组间隔设置在单独的旋转监测装置2之间。

在本实施例中，选择在隧道1的拱顶设置多组旋转监测装置2，与之间隔地，设置多组定向监测装置3与配套的拱腰、边墙旋转监测装置2，以保证最精确的监测效果。

作业时，多个激光测距传感器51实时测距，将信号传输至传感器控制模块5进行转换后再传输至单片机6，经5G物联网模块7传输至远程上位机8，远程上位机8对采集到的数据进行计算和分析，得到隧道断面变形和整个隧道变形的报表及曲线，与正常的预设曲线比对，当隧道内围岩一切正常时，远程上位机8将实时数据传输至隧道1入口的LED大屏10上，正常通行。

当隧道内围岩形变超过允许量时，远程上位机8将实时数据传输至隧道1入口的LED大屏10上，并触发警示器9，在足够的安全距离提醒行车司机做出紧急响应，进而以保证行车安全。

当隧道内围岩形变未超过允许量时，远程上位机8控制单片机6通过电机控制模块4向旋转电机组件41发送旋转信号，旋转电机组件41旋转调节，直至可以稳定对准标靶为止，以确保采集到最准确的数据。

在具体实施中，还可以拓展使用方式，远程上位机8可以是台式电脑或者手机，系统可与手机APP互联，以实时查看隧道变形数据；也可以通过远程操作，在隧道变形超限时，向隧道附近手机发送警示短信，多渠道保证行车和人员的安全。

需要说明的是，电机控制模块4、旋转电机组件41、传感器控制模块5、激光测距传感器51、单片机6、5G物联网模块7、远程上位机8具体的型号规格需根据本实用新型监测的地理环境、气候条件、隧道长度等综合因素进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。

以上设备的供电、连接及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。

Claims (6)

1.一种隧道变形实时自动监测装置，包括依次通过电路连接的激光传感器控制模块（5）、激光测距传感器（51）、单片机（6），其特征在于，还包括旋转监测装置（2）、电机控制模块（4）；

所述旋转监测装置（2）设置在隧道（1）的拱顶，包括从上至下依次连接的第一安装座（21）、旋转电机组件（41），所述旋转电机组件（41）的驱动端与激光测距传感器（51）连接，所述旋转电机组件（41）可带激光测距传感器（51）自由旋转；

所述电机控制模块（4）一端通过电路连接单片机（6），所述电机控制模块（4）另一端通过电缆（61）连接旋转电机组件（41）。

2.如权利要求1所述的一种隧道变形实时自动监测装置，其特征在于：所述旋转监测装置（2）在隧道（1）的拱顶设置多组。

3.如权利要求1或2所述的一种隧道变形实时自动监测装置，其特征在于：还包括定向监测装置（3），所述定向监测装置（3）包括从上至下依次连接的第二安装座（31）、定位盘（32）、活动调节盘（33），其中定位盘（32）与活动调节盘（33）通过至少3根弹性连接件（34）连接，所述活动调节盘（33）底部连接有激光测距传感器（51）；

与所述定向监测装置（3）位于同一平面的拱腰与边墙分别对称设置至少两组旋转监测装置（2）。

4.如权利要求3所述的一种隧道变形实时自动监测装置，其特征在于：所述定向监测装置（3）与配套的旋转监测装置（2）成组间隔设置在单独的旋转监测装置（2）之间。

5.如权利要求4所述的一种隧道变形实时自动监测装置，其特征在于：所述单片机（6）通过5G物联网模块（7）无线连接有远程上位机（8）。

6.如权利要求5所述的一种隧道变形实时自动监测装置，其特征在于：所述远程上位机（8）分别连接有警示器（9）及LED大屏（10），所述警示器（9）及LED大屏（10）设置在隧道（1）的入口处。

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