CN218628279U - 一种隧道断面变形监测设备及物联网监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隧道断面变形监测设备及物联网监测系统，包括机座、转动机构、调平机构和隧道断面检测机构，机座上连接有转动机构和调平机构，转动机构上连接有隧道断面检测机构，隧道断面检测机构能够在竖直面内随转动机构的转轴一起转动，转动机构与电源电连接。本实用新型的隧道断面变形监测设备可用于恶劣环境下的隧道断面变形的长期监测，无需人工定期操作，降低了劳动强度，提高了工作效率；物联网监测系统采用物联网技术，实现云平台直接操控现场的隧道断面变形监测仪，现场无需控制器或笔记本电脑，同时借助云平台实现隧道断面变形数据的信息化管理与预警管理。

Description

一种隧道断面变形监测设备及物联网监测系统

技术领域

本实用新型涉及隧道变形监测的技术领域，特别是涉及一种隧道断面变形监测设备及物联网监测系统。

背景技术

在隧道施工作业中，由于工程所处地质条件复杂多变，尤其是长大隧道的地质信息更是难以掌握，施工条件比地面建筑要差的多，施工人员生命及财产都受到极大的威胁。因此，在隧道施工期，需要采用一系列的观测与测试方法来获得隧道的收敛信息，并将其反馈于设计和施工，以修改施工参数和调整施工措施及对施工的变形进行分析、预测和处置。

在当前的隧道收敛监测中，近年来主要还是采取人工检测的方法，监测人员定期通过检测仪器例如全站仪、水准仪、收敛尺等对隧道关键点位进行测量，将所得数据上报隧道管理部门，隧道管理部门组织专家对数据进行定期分析，得到隧道的损伤信息。

在隧道安全监测中，变形监测是一个非常关键的监测因素，目前国内测量隧道拱顶沉降主要通过全站仪、水准仪和三维激光扫描仪等仪器，需要人工进行多次测量，无法实现自动化测量。此方法需在只能在隧道停止施工的情况下进行测量，无法做到连续监测，这样无法反应隧道收敛的实时状态和及时预防意外情况发生；当遇到监测结果超过预警值时，需增大测量频次，不能对隧道危害及时处理，除对施工进度产生一定影响外也增大了观测的劳动强度。此外，由于隧道施工环境中含有大量的粉尘、噪声等污染，会对监测人员的身心健康产生一定的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种隧道断面变形监测设备及物联网监测系统，以解决上述现有技术存在的问题，使隧道断面变形监测的劳动强度降低、工作效率提高。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供了一种隧道断面变形监测设备，包括机座、转动机构、调平机构和隧道断面检测机构，所述机座上连接有所述转动机构和所述调平机构，所述转动机构上连接有所述隧道断面检测机构，所述隧道断面检测机构能够在竖直面内随所述转动机构的转轴一起转动，所述转动机构与电源电连接。

优选的，所述转动机构包括电机、蜗轮、蜗杆和轴承，所述电机的轴与所述蜗杆通过联轴器连接，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，所述蜗轮的一端设置有所述转轴，所述转轴通过所述轴承与所述机座转动连接，所述转轴通过螺栓与所述隧道断面检测机构连接。

优选的，所述机座通过轴承转动连接有一从动转轴，所述从动转轴与所述转轴对称且共轴线设置，所述从动转轴通过螺栓与所述隧道断面检测机构连接，所述从动转轴的中心设置有用于穿线的贯穿孔、外端设置有电滑环。

优选的，所述转轴和所述从动转轴的内端分别套设有防尘机构，所述防尘机构包括依次套设的毛毡圈底座、毛毡和毛毡圈端盖。

优选的，所述电机为步进减速电机，所述转轴末端与所述隧道断面检测机构的壳体上的凹槽过盈配合。

优选的，所述隧道断面检测机构包括激光测距传感模块和壳体，所述激光测距传感模块固定于所述壳体内，所述壳体上设置有一供所述激光测距传感模块的激光穿过的通孔。

优选的，所述调平机构为调平水准泡，所述调平水准泡通过螺栓与所述机座固定连接且与所述机座的底面平行设置。

优选的，所述机座上还设置电控模块，所述电控模块包括电源模块、控制模块和互联网通讯模块，所述电源模块与所述电源和电源开关电连接，所述电源开关设置于所述机座上，所述电源模块、所述互联网通讯模块、所述转动机构和所述隧道断面检测机构分别与所述控制模块电连接。

优选的，所述电控模块和所述转动机构分别设置于所述机座的两侧，所述机座的两侧上分别设置有一防护外壳，所述防护外壳与所述机座之间设置有防水密封条。

本实用新型还公开了一种隧道断面变形的物联网监测系统，包括云计算平台和上述的隧道断面变形监测设备，所述隧道断面变形监测设备上的互联网通讯模块能够与所述云计算平台通讯连接。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型的隧道断面变形监测设备可用于恶劣环境下的隧道断面变形的长期监测，无需人工定期操作，降低了劳动强度，提高了工作效率；物联网监测系统采用物联网技术，实现云平台直接操控现场的隧道断面变形监测仪，现场无需控制器或笔记本电脑，同时借助云平台实现隧道断面变形数据的信息化管理与预警管理。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型隧道断面变形监测设备的结构示意图一；

图2为本实用新型隧道断面变形监测设备的结构示意图二；

图3为本实用新型隧道断面变形监测设备的结构示意图三；

图4为本实用新型图3中B-B的剖面结构示意图；

其中：1-机座，2-电机，3-蜗杆，4-蜗轮，5-转轴，6-轴承，7-从动转轴，8-毛毡圈底座，9-毛毡，10-毛毡圈端盖，11-激光测距传感模块，12-壳体，13-调平水准泡，14-电源模块，15-控制模块，16-互联网通讯模块，17-防护外壳，18-防水密封条，19-电源开关，20-电滑环，100-隧道断面变形监测设备。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种隧道断面变形监测设备及物联网监测系统，以解决现有技术存在的问题，使隧道断面变形监测的劳动强度降低、工作效率提高。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例一

如图1至图4所示：本实施例提供了一种隧道断面变形监测设备100，包括机座1、转动机构、调平机构和隧道断面检测机构，机座1上连接有转动机构和调平机构，转动机构上连接有隧道断面检测机构，隧道断面检测机构能够在竖直面内随转动机构的转轴5一起转动，转动机构与电源电连接。

转动机构包括电机2、蜗轮4、蜗杆3和轴承6，电机2的轴与蜗杆3通过联轴器连接，蜗杆3与蜗轮4啮合，蜗轮4的一端设置有转轴5，转轴5通过轴承6与机座1转动连接，转轴5通过螺栓与隧道断面检测机构连接，进而实现隧道断面检测机构的转动，进而实现隧道断面的扫描与数据测量。机座1通过轴承6转动连接有一从动转轴7，从动转轴7与转轴5对称且共轴线设置，从动转轴7通过螺栓与隧道断面检测机构连接，从动转轴7的中心设置有用于穿线的贯穿孔、外端设置有电滑环20，避免线缆因扭转而打结。其中，蜗杆3的轴承底座通过螺栓连接在机座上，该轴承底座是采用三圆通心的几何结构设计，为保证三圆同心，在精加工时，先修研中心孔，再已精加工后的中心孔定位，三圆孔再同时一次性定位，盘夹完成；电机2连接在轴承底座上，蜗杆3的轴承6外环过盈装配在该轴承底座的轴承6腔内，蜗杆3与轴承6内环过盈配合，轴承座与机座1上的轴孔过盈配合，然后再通过螺纹连接。蜗轮4的固定和定位采用的是双轴承定位，轴孔间隙配合，这样既能保证蜗轮4有足够高的定位精度，还好装配，同时双轴承和蜗轮4的转轴5有效接触面积多，可以很好的将扭矩的波峰传递出去，吸震效果好，传动平稳，可以传输高扭矩，蜗轮4和蜗杆3采用的是小模数、多头数的设计方案，在保证传动比不变的情况下，减小设计尺寸，节省空间。从动转轴7是整个机械系统的重要组成部分，若没有这一机构，整个系统即为单悬臂结构，激光测距模块在转动时受力不均匀，蜗轮4的转轴5就容易从根部造成断裂，对机械系统造成不可修复的损坏。因此，从动转轴机构使整个系统受力均匀。

本实施例中优选，转轴5和从动转轴7的内端分别套设有防尘机构，防尘机构包括沿轴向依次套设的毛毡圈底座8、毛毡9和毛毡圈端盖10，毛毡9夹设于毛毡圈底座8和毛毡圈端盖10之间，提高设备的防尘性，可使隧道断面变形监测设备100用于恶劣环境下的隧道断面变形的长期监测。具体的，毛毡圈底座固定在蜗轮4的轴承座的法兰盘凹槽端，毛毡9呈松孔海绵状，可吸附粉尘，毛毡9和蜗轮4的转轴5是过盈配合的抱紧状态，这样外部灰尘无法从轴端间隙进入到内部，轴承座底部和毛毡圈底座形成一个密封腔体，密封腔体内部填充密封油脂，起到进一步密封的效果。其中，电机2优选为步进减速电机，转轴5末端与隧道断面检测机构的壳体12上的凹槽过盈配合，便于保障连接的同轴度。

隧道断面检测机构包括激光测距传感模块11和壳体12，激光测距传感模块11固定于壳体12内，壳体12上设置有一供激光测距传感模块11的激光穿过的通孔，激光测距传感模块11用于当前空间距离的感知和检测，激光测距传感模块11的电气连接通过电滑环20分别与电源模块14和控制模块15电连接。调平机构为调平水准泡13，调平水准泡13通过螺栓与机座1固定连接且与机座1的底面平行设置，便于安装设备时调整隧道断面变形监测设备100的激光垂直于水平面，机座1底部设有便于连接固定的转接座，便于机座1的固定安装。

本实施例中优选的，机座1上还设置电控模块，电控模块包括电源模块14、控制模块15和互联网通讯模块16(均为本领域常用功能模块结构)，电源模块14(本实施例中包括电源适配器)与电源和电源开关19电连接，电源开关19设置于机座1上，机座1上还有电源指示灯、报警灯以及工作指示灯等部件，电源模块14、互联网通讯模块16、转动机构和隧道断面检测机构分别与控制模块15电连接。其中，控制模块15用于控制步进减速电机和激光测距传感模块11的转动、当前空间角度的采集以及空间距离的获取采集；互联网通讯模块16可通过无线(Wi-Fi、4G/5G等)或有线(RS232、RS485、以太网等)等方式接入互联网，实现云计算平台与控制模块15之间的数据互通，可接收云计算平台下发的操控指令或将当前空间的角度及距离信息发送至云计算平台。电控模块和转动机构分别设置于机座1的两侧，机座1的两侧上分别设置有一防护外壳17，防护外壳17与机座1之间设置有防水密封条18，在机座1外轮廓铣刀加工出防水密封槽，再安装上5MM防水密封条18(橡胶密封圈)，提高设备的防水性和防尘性，可使隧道断面变形监测设备100用于恶劣环境下的隧道断面变形的长期监测。

实施例二

本实施例公开了一种隧道断面变形的物联网监测系统，包括云计算平台和实施例一中的隧道断面变形监测设备100，隧道断面变形监测设备100上的互联网通讯模块16能够与云计算平台通讯连接。云计算平台可用于远程操控隧道断面变形监测仪，同时可实时远程获取隧道断面变形监测仪安装位置所在的隧道断面的变形情况，然后根据隧道断面变形的严重程度发送相对应等级的预警信息给相关预警人；用于汇总、统计、图形化展示、保存、导出报表或打印任意时段内隧道断面的变化情况及趋势。

本实施例可实现隧道在施工期间围岩收敛的高精度、实时在线监测，全天候无人值守，能够及时准确的让监测人员了解隧道实际情况；特别是在天气环境恶劣的情况下，测量人员无法进入工地的时候，发挥着很大的作用，一定程度上保护了施工测量人员的生命财产安全。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种隧道断面变形监测设备，其特征在于：包括机座、转动机构、调平机构和隧道断面检测机构，所述机座上连接有所述转动机构和所述调平机构，所述转动机构上连接有所述隧道断面检测机构，所述隧道断面检测机构能够在竖直面内随所述转动机构的转轴一起转动，所述转动机构与电源电连接。

2.根据权利要求1所述的隧道断面变形监测设备，其特征在于：所述转动机构包括电机、蜗轮、蜗杆和轴承，所述电机的轴与所述蜗杆通过联轴器连接，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，所述蜗轮的一端设置有所述转轴，所述转轴通过所述轴承与所述机座转动连接，所述转轴通过螺栓与所述隧道断面检测机构连接。

3.根据权利要求2所述的隧道断面变形监测设备，其特征在于：所述机座通过轴承转动连接有一从动转轴，所述从动转轴与所述转轴对称且共轴线设置，所述从动转轴通过螺栓与所述隧道断面检测机构连接，所述从动转轴的中心设置有用于穿线的贯穿孔、外端设置有电滑环。

4.根据权利要求3所述的隧道断面变形监测设备，其特征在于：所述转轴和所述从动转轴的内端分别套设有防尘机构，所述防尘机构包括依次套设的毛毡圈底座、毛毡和毛毡圈端盖。

5.根据权利要求2所述的隧道断面变形监测设备，其特征在于：所述电机为步进减速电机，所述转轴末端与所述隧道断面检测机构的壳体上的凹槽过盈配合。

6.根据权利要求1所述的隧道断面变形监测设备，其特征在于：所述隧道断面检测机构包括激光测距传感模块和壳体，所述激光测距传感模块固定于所述壳体内，所述壳体上设置有一供所述激光测距传感模块的激光穿过的通孔。

7.根据权利要求1所述的隧道断面变形监测设备，其特征在于：所述调平机构为调平水准泡，所述调平水准泡通过螺栓与所述机座固定连接且与所述机座的底面平行设置。

8.根据权利要求1所述的隧道断面变形监测设备，其特征在于：所述机座上还设置电控模块，所述电控模块包括电源模块、控制模块和互联网通讯模块，所述电源模块与所述电源和电源开关电连接，所述电源开关设置于所述机座上，所述电源模块、所述互联网通讯模块、所述转动机构和所述隧道断面检测机构分别与所述控制模块电连接。

9.根据权利要求8所述的隧道断面变形监测设备，其特征在于：所述电控模块和所述转动机构分别设置于所述机座的两侧，所述机座的两侧上分别设置有一防护外壳，所述防护外壳与所述机座之间设置有防水密封条。

10.一种隧道断面变形的物联网监测系统，其特征在于：包括云计算平台和权利要求1-9中任一项所述的隧道断面变形监测设备，所述隧道断面变形监测设备上的互联网通讯模块能够与所述云计算平台通讯连接。

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