CN215170208U - 一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，包括多形变检测机构、多个数据传输模块和设置在地铁隧道外且与所述数据传输模块数据通信的监控终端，各个形变检测机构包括安装支架和形变检测模块，安装支架包括第一安装板、第二安装板和合页，第二安装板包括平板和弧形板，第一安装板和第二安装板之间设置有第一连接部件和第二连接部件；形变检测模块包括检测箱、环境检测传感器、静力水准仪和第一无线收发模块，各个数据传输模块均包括传输箱体和第二无线收发模块，第一无线收发模块与第二无线收发模块无线数据通信。本实用新型结构简单，实现地铁隧道管片的形变及周围环境状况的远距离监测，提高隧道安全性。

Description

一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统

技术领域

本实用新型属于地铁隧道管片形变监测技术领域，尤其是涉及一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统。

背景技术

近年来，我国经济快速发展，城市人口不断增多，城市轨道交通蓬勃发展，在各种公共交通方式中，城市地铁在快捷性、准时性等方面有着非常明显的优势，各地纷纷开展地铁的规划与建设工作。随着地铁技术与应用的不断发展，其安全性也变得越来越受人关注，地铁隧道有效的监测是保证地铁系统安全的前提条件。静力水准仪是一种高精密的液位测量装置，利用静力水准仪进行地铁隧道管片的沉降监测，能够掌握地铁隧道结构垂直位移变化，提高隧道安全性。但目前还存一下问题：

第一，静力水准仪安装过程中，不能确保各个静力水准仪的底部处于同一水平面上，从而影响各个静力水准仪测试地铁隧道管片垂直方向形变的准确性；

第二，地铁隧道管片为弧形，以使静力水准仪的安装架体适应性差些；

第三，地铁隧道长度较长，需要投入大量人员24小时不间断地巡检，人员投入大且工作强度高。因此，现如今缺少一种结构简单，设计合理的基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，能适应隧道管片安装，提高了地铁隧道管片垂直方向形变监测的准确性，实现地铁隧道管片的形变及周围环境状况的远距离监测，减少人工劳动强度，提高隧道安全性。

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，提供一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其结构简单，设计合理，能适应隧道管片安装，提高了地铁隧道管片垂直方向形变监测的准确性，实现地铁隧道管片的形变及周围环境状况的远距离监测，减少人工劳动强度，提高隧道安全性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其特征在于：包括多个沿地铁隧道纵向延伸方向布设的形变检测机构、多个沿地铁隧道纵向延伸方向布设的数据传输模块和设置在地铁隧道外且与所述数据传输模块数据通信的监控终端；

各个所述形变检测机构的结构相同，各个所述形变检测机构均包括可拆卸安装在地铁隧道管片上的安装支架和设置在所述安装支架上的形变检测模块；

所述安装支架包括第一安装板和第二安装板，以及设置在第一安装板和第二安装板连接处的合页，所述第二安装板包括平板和设置在平板靠近地铁隧道管片的侧面上且一体成型的弧形板，所述第一安装板和第二安装板之间设置有第一连接部件和第二连接部件；所述形变检测模块包括设置在第一安装板上的检测箱、环境检测传感器、静力水准仪以及设置在检测箱内的第一无线收发模块；

各个所述数据传输模块的结构相同，各个所述数据传输模块均包括传输箱体和设置在传输箱体内的第二无线收发模块，所述第一无线收发模块与第二无线收发模块无线数据通信。

上述的一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其特征在于：所述检测箱内设置有第一电子线路板、倾斜检测模块、静力水准仪，所述第一电子线路板上集成有主控器，所述环境检测传感器包括设置在检测箱上的烟雾传感器和温湿度传感器，所述烟雾传感器、温湿度传感器、倾斜检测模块、静力水准仪的输出端均和主控器连接；

所述传输箱体内设置有第二电子线路板，所述第二电子线路板上集成从控制器，所述第二无线收发模块与所述从控制器相接。

上述的一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其特征在于：所述监控终端包括监控计算机以及与监控计算机依次连接的路由器和交换机，所述传输箱体内设置有与所述从控制器相接的第一光纤收发器，所述第一光纤收发器通过第二光纤收发器与交换机连接。

上述的一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其特征在于：所述第一连接部件包括第一螺纹杆、第二螺纹杆和套设在第一螺纹杆与第二螺纹杆上的连接套筒，所述第一螺纹杆的一端螺纹连接在连接套筒一端内，所述第二螺纹杆的一端螺纹连接在连接套筒另一端内；

所述第一安装板上设置有供第一螺纹杆的另一端铰接的第一铰接座，所述平板上设置有供第二螺纹杆的另一端铰接的第二铰接座，所述连接套筒两端内的螺纹旋向相反。

上述的一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其特征在于：所述第二连接部件包括设置在第二安装板上的连接板、穿设在第一安装板与连接板中的螺栓杆和套设在螺栓杆上且贴合连接板的锁紧螺母。

上述的一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其特征在于：所述第一安装板上设置有供螺栓杆穿过的第一腰形孔，所述连接板上设置有供螺栓杆穿过的第二腰形孔。

上述的一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其特征在于：所述检测箱顶部设置有L形支架，所述L形支架上设置有激光灯。

上述的一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其特征在于：所述检测箱上设置有显示屏和报警器，所述显示屏和报警器均由主控器控制。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型安装支架包括第一安装板、第二安装板和合页，通过设置合页，实现第一安装板和第二安装板之间角度的调节，以使第二安装板的外侧面和地铁隧道管片的弧面贴合，从而在第二安装板和地铁隧道管片之间穿设螺钉锁紧件，有效地适应了地铁隧道侧面管片的不同位置。

2、本实用新型第一安装板和第二安装板之间设置有第一连接部件和第二连接部件，通过第一连接部件和第二连接部件实现第一安装板和第二安装板相对位置的限位，以使第一安装板呈水平状态，方便形变检测模块的安装，且确保各个静力水准仪的底部处于同一水平面上，从而提高静力水准仪测试地铁隧道管片垂直方向形变的准确性。

3、本实用新型设置静力水准仪，实现地铁隧道管片垂直方向形变的监测；通过环境检测传感器实现地铁隧道管片周围环境状况监测。

4、本实用新型设置数据传输模块，能将地铁隧道管片垂直方向位移和环境参数发送至监控终端，便于监控人员的远程监控，减少人工劳动强度。

综上所述，本实用新型结构简单，设计合理，能适应隧道管片安装，提高了地铁隧道管片垂直方向形变监测的准确性，实现地铁隧道管片的形变及周围环境状况的远距离监测，减少人工劳动强度，提高隧道安全性。

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为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型形变检测机构、数据传输模块和地铁隧道管片的结构示意图。

图3为本实用新型形变检测机构的结构示意图。

图4为本实用新型静力水准仪的连接示意图。

图5为本实用新型倾斜检测模块的电路原理图。

图6为本实用新型温湿度传感器的电路原理图。

图7为本实用新型烟雾度传感器的电路原理图。

附图标记说明:

1—第一安装板； 1-1—第一腰形孔； 2—第二安装板；

2-1—平板； 2-2—弧形板；

3—合页； 4-1—连接板； 4-1-1—第二腰形孔；

4-2—螺栓杆； 4-3—锁紧螺母； 5-1—第一螺纹杆；

5-2—第二螺纹杆； 5-3—连接套筒； 5-4—第一铰接座；

5-5—第二铰接座； 6—检测箱； 6-1—烟雾传感器；

6-2—温湿度传感器； 6-3—倾斜检测模块； 7—激光灯；

8—L形支架； 9—显示屏； 10—主控器；

11—报警器； 12—静力水准仪； 12-1—液体连通管；

12-2—气体连通管； 12-3—气管； 12-4—储液罐；

12-5—液管； 13—第一无线收发模块；

14—第二无线收发模块； 15—从控制器； 16—第一光纤收发器；

17—第二光纤收发器； 18—交换机； 19—路由器；

20—监控计算机； 21—传输箱体； 22—地铁隧道管片。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本实用新型包括多个沿地铁隧道纵向延伸方向布设的形变检测机构、多个沿地铁隧道纵向延伸方向布设的数据传输模块和设置在地铁隧道外且与所述数据传输模块数据通信的监控终端；

各个所述形变检测机构的结构相同，各个所述形变检测机构均包括可拆卸安装在地铁隧道管片22上的安装支架和设置在所述安装支架上的形变检测模块；

所述安装支架包括第一安装板1和第二安装板2，以及设置在第一安装板1和第二安装板2连接处的合页3，所述第二安装板2包括平板2-1和设置在平板2-1靠近地铁隧道管片22的侧面上且一体成型的弧形板2-2，所述第一安装板1和第二安装板2之间设置有第一连接部件和第二连接部件；所述形变检测模块包括设置在第一安装板1上的检测箱6、环境检测传感器、静力水准仪12以及设置在检测箱6内的第一无线收发模块13；

各个所述数据传输模块的结构相同，各个所述数据传输模块均包括传输箱体21和设置在传输箱体21内的第二无线收发模块14，所述第一无线收发模块13与第二无线收发模块14无线数据通信。

本实施例中，所述检测箱6内设置有第一电子线路板、倾斜检测模块6-3、静力水准仪12，所述第一电子线路板上集成有主控器10，所述环境检测传感器包括设置在检测箱6上的烟雾传感器6-1和温湿度传感器6-2，所述烟雾传感器6-1、温湿度传感器6-2、倾斜检测模块6-3、静力水准仪12的输出端均和主控器10连接；

所述传输箱体21内设置有第二电子线路板，所述第二电子线路板上集成从控制器15，所述第二无线收发模块14与所述从控制器15相接。

本实施例中，所述监控终端包括监控计算机20以及与监控计算机20依次连接的路由器19和交换机18，所述传输箱体11内设置有与所述从控制器15相接的第一光纤收发器16，所述第一光纤收发器16通过第二光纤收发器17与交换机18连接。

本实施例中，所述第一连接部件包括第一螺纹杆5-1、第二螺纹杆5-2和套设在第一螺纹杆5-1与第二螺纹杆5-2上的连接套筒5-3，所述第一螺纹杆5-1的一端螺纹连接在连接套筒5-3一端内，所述第二螺纹杆5-2的一端螺纹连接在连接套筒5-3另一端内；

所述第一安装板1上设置有供第一螺纹杆5-1的另一端铰接的第一铰接座5-4，所述平板2-1上设置有供第二螺纹杆5-2的另一端铰接的第二铰接座5-5，所述连接套筒5-3两端内的螺纹旋向相反。

本实施例中，所述第二连接部件包括设置在第二安装板2上的连接板4-1、穿设在第一安装板1与连接板4-1中的螺栓杆4-2和套设在螺栓杆4-2上且贴合连接板4-1的锁紧螺母4-3。

本实施例中，所述第一安装板1上设置有供螺栓杆4-2穿过的第一腰形孔1-1，所述连接板4-1上设置有供螺栓杆4-2穿过的第二腰形孔4-1-1。

本实施例中，所述检测箱6顶部设置有L形支架8，所述L形支架8上设置有激光灯7。

本实施例中，所述检测箱6上设置有显示屏9和报警器11，所述显示屏9和报警器11均由主控器10控制。

本实施例中，静力水准仪12采用压差式静力水准仪，具体型号为PTH-SZY100，其通过RS485总线和主控器10连接。

如图4所示，本实施例中，相邻两个静力水准仪12的液体口之间通过液体连通管12-1连通，靠近储液罐12-4的一个静力水准仪12和储液罐12-4的溶液段之间通过液管12-5连通，储液罐12-4和大气连通。

各个静力水准仪12的气体口连接气体连通管12-2，且各个气体连通管12-2均与气管12-3连接，气管12-3和储液罐12-4的空气段连通。

实际使用时，在液体连通管12-1上包裹有保温层，保温层为保温泡沫。

本实施例中，所述主控器10和从控制器15均可采用STM32F407ZGT6的ARM微控制器。

如图5所示，本实施例中，倾斜检测模块6-3可参考HBL的SCA60C倾斜检测传感器模块。

本实施例中，实际连接过程中，所述倾斜检测模块6-3的VCC引脚接5V电源输出端，所述倾斜检测模块6-3的GND引脚接地，所述倾斜检测模块6-3的D01引脚与主控器10的PB5引脚连接，所述倾斜检测模块6-3的D02引脚与主控器10的PB2引脚连接。

本实施例中，设置倾斜检测模块6-3，是为了检测第一安装板1是否处于水平状态，当倾斜检测模块6-3的D01引脚输出高电平至主控器10或者当倾斜检测模块6-3的D02引脚输出高电平至主控器10时，第一安装板1倾斜，主控器10控制报警器11报警提醒；当倾斜检测模块6-3的D01引脚和D02引脚均输出低电平至主控器10时，确认第一安装板1处于水平状态，通过对第一安装板1的水平状态检测，确保各个静力水准仪的底部处于同一水平面上，从而提高了静力水准仪12检测的准确性。

如图6所示，本实施例中，温湿度传感器6-2为AM2301温度温湿度传感器，所述AM2301温度温湿度传感器的VDD引脚与5V电源输出端连接，所述AM2301温度温湿度传感器的SDA引脚分为两路，一路经电阻R1与5V电源输出端连接，另一路与主控器10的PA14引脚连接，所述AM2301温度温湿度传感器的GND引脚接地,所述AM2301温度温湿度传感器的NC引脚悬空。

如图7所示，本实施例中，所述烟雾传感器6-1为MQ2烟雾传感器P7,所述MQ2烟雾传感器P7的VCC引脚接5V电源输出端，所述MQ2烟雾传感器P7的GND引脚接地，所述MQ2烟雾传感器P7的DO引脚分两路，一路经电阻R21接5V电源输出端，另一路与MOS场效应管Q1的漏极相接；所述MOS场效应管Q1的源极分两路，一路与电阻R22的一端相接，另一路与主控器10的PD0引脚相接；所述MOS场效应管Q1的栅极与电阻R19的一端相接，所述电阻R19的另一端和所述电阻R22的另一端的连接端接3.3V电源输出端。

本实施例中，所述显示屏9为ZX12232C显示屏。

本实施例中，所述报警器11为蜂鸣器，所述显示屏9和报警器11与主控器10的连接参考本领域常规连接。

本实施例中，设置激光灯7，是为了根据激光灯7照射的光束将第一安装板1调整至水平从而确保静力水准仪12底部调整至水平。

本实施例中，第一无线收发模块13和第二无线收发模块14均可参考2.4G无线收发模块Si24R1。第一无线收发模块13和主控器10以及第二无线收发模块14和从控制器15均为串口连接。

本实施例中，第一光纤收发器16可参考TL-FC311A-3光纤收发器，第二光纤收发器17可参考TL-FC311B-3光纤收发器，所述第一光纤收发器16的光接口通过光纤与第二光纤收发器17的光接口连接。

本实施例中，交换机18可参考TP-LINK交换机，路由器19可参考TP-LINK路由器，多个所述第二光纤收发器17的以太网接口通过网线与交换机18的多个以太网接口连接，所述交换机18的另一个以太网接口通过网线与路由器19连接，所述监控计算机20的网络接口通过网线与路由器19的LAN网络接口连接。

本实施例中，实际使用时，所述数据传输模块的数量小于形变检测机构的数量，以使3～5个形变检测机构和一个数据传输模块进行无线数据通信。

本实施例中，实际连接过程中，所述从控制器15的RJ45接口通过网线与第一光纤收发器16的以太网接口连接。

本实用新型具体使用时，温湿度传感器6-2对地铁隧道管片22所处环境的温湿度进行检测，并将检测到的温湿度发送至主控器10，烟雾传感器6-1对地铁隧道管片22所处环境的有无烟雾进行检测，并将检测到的有无烟雾信号发送至主控器10，主控器10将接收到的温湿度和有无烟雾信号通过显示屏9进行显示；当主控器10接收到的温湿度不符合温湿度设定值时，主控器10控制报警器11报警提醒，或者当烟雾传感器6-1输出低电平时，主控器10控制报警器11报警提醒有烟雾，便于隧道内部管理人员及时进行排查。

另外，主控器10将接收到的隧道管片垂直方向形变位移、温湿度和有无烟雾信号通过第一无线收发模块13发送出去，从控制器15通过第二无线收发模块14接收到第一无线收发模块13发送出去的隧道管片垂直方向形变位移、温湿度和有无烟雾信号等数据，从控制器15将接收到的隧道管片垂直方向形变位移、温湿度和有无烟雾信号等数据依次通过第一光纤收发器16、第二光纤收发器17、交换机18和路由器19发送至监控计算机20，监控计算机20显示隧道管片垂直方向形变位移、温湿度和有无烟雾信号，监控人员通过隧道管片垂直方向形变位移便于获取隧道管片形变状态，通过温湿度和有无烟雾信号便于观察地铁隧道管片22所处环境是否正常，从而实现地铁隧道管片的形变及周围环境状况的远距离监测，也为地铁隧道的安全提供保障。

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 (8)

1.一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其特征在于：包括多个沿地铁隧道纵向延伸方向布设的形变检测机构、多个沿地铁隧道纵向延伸方向布设的数据传输模块和设置在地铁隧道外且与所述数据传输模块数据通信的监控终端；

各个所述形变检测机构的结构相同，各个所述形变检测机构均包括可拆卸安装在地铁隧道管片(22)上的安装支架和设置在所述安装支架上的形变检测模块；

所述安装支架包括第一安装板(1)和第二安装板(2)，以及设置在第一安装板(1)和第二安装板(2)连接处的合页(3)，所述第二安装板(2)包括平板(2-1)和设置在平板(2-1)靠近地铁隧道管片(22)的侧面上且一体成型的弧形板(2-2)，所述第一安装板(1)和第二安装板(2)之间设置有第一连接部件和第二连接部件；所述形变检测模块包括设置在第一安装板(1)上的检测箱(6)、环境检测传感器、静力水准仪(12)以及设置在检测箱(6)内的第一无线收发模块(13)；

各个所述数据传输模块的结构相同，各个所述数据传输模块均包括传输箱体(21)和设置在传输箱体(21)内的第二无线收发模块(14)，所述第一无线收发模块(13)与第二无线收发模块(14)无线数据通信。

2.按照权利要求1所述的一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其特征在于：所述检测箱(6)内设置有第一电子线路板、倾斜检测模块(6-3)、静力水准仪(12)，所述第一电子线路板上集成有主控器(10)，所述环境检测传感器包括设置在检测箱(6)上的烟雾传感器(6-1)和温湿度传感器(6-2)，所述烟雾传感器(6-1)、温湿度传感器(6-2)、倾斜检测模块(6-3)、静力水准仪(12)的输出端均和主控器(10)连接；

所述传输箱体(21)内设置有第二电子线路板，所述第二电子线路板上集成从控制器(15)，所述第二无线收发模块(14)与所述从控制器(15)相接。

3.按照权利要求2所述的一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其特征在于：所述监控终端包括监控计算机(20)以及与监控计算机(20)依次连接的路由器(19)和交换机(18)，所述传输箱体(21)内设置有与所述从控制器(15)相接的第一光纤收发器(16)，所述第一光纤收发器(16)通过第二光纤收发器(17)与交换机(18)连接。

4.按照权利要求1所述的一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其特征在于：所述第一连接部件包括第一螺纹杆(5-1)、第二螺纹杆(5-2)和套设在第一螺纹杆(5-1)与第二螺纹杆(5-2)上的连接套筒(5-3)，所述第一螺纹杆(5-1)的一端螺纹连接在连接套筒(5-3)一端内，所述第二螺纹杆(5-2)的一端螺纹连接在连接套筒(5-3)另一端内；

所述第一安装板(1)上设置有供第一螺纹杆(5-1)的另一端铰接的第一铰接座(5-4)，所述平板(2-1)上设置有供第二螺纹杆(5-2)的另一端铰接的第二铰接座(5-5)，所述连接套筒(5-3)两端内的螺纹旋向相反。

5.按照权利要求1所述的一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其特征在于：所述第二连接部件包括设置在第二安装板(2)上的连接板(4-1)、穿设在第一安装板(1)与连接板(4-1)中的螺栓杆(4-2)和套设在螺栓杆(4-2)上且贴合连接板(4-1)的锁紧螺母(4-3)。

6.按照权利要求5所述的一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其特征在于：所述第一安装板(1)上设置有供螺栓杆(4-2) 穿过的第一腰形孔(1-1)，所述连接板(4-1)上设置有供螺栓杆(4-2)穿过的第二腰形孔(4-1-1)。

7.按照权利要求1所述的一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其特征在于：所述检测箱(6)顶部设置有L形支架(8)，所述L形支架(8)上设置有激光灯(7)。

8.按照权利要求2所述的一种基于静力水准仪的地铁隧道管片结构形变监测系统，其特征在于：所述检测箱(6)上设置有显示屏(9)和报警器(11)，所述显示屏(9)和报警器(11)均由主控器(10)控制。

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