CN220270349U - 盾构管片应变监测装置和盾构管片 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种盾构管片应变监测装置和盾构管片，所述盾构管片应变监测装置包括：无源应变检测模块包括射频天线和若干个无源应变检测单元，无源应变检测单元的射频供能芯片和第一应变传感器连接；有源应变检测模块包括若干个有源应变检测单元，有源应变检测单元的电池组件分别连接信号传输组件和第二应变传感器，信号传输组件和第二应变传感器通信连接；检测控制模块分别与无源应变检测模块和有源应变检测模块通信连接，检测控制模块用于发送数据采集指令，并分别获取第一应变传感器采集的第一应变信号和第二应变传感器采集的第二应变信号。通过使检测控制模块可以及时地获取盾构管片不同部位的应变信号，提高了应变检测的安全性。

Description

盾构管片应变监测装置和盾构管片

技术领域

本申请涉及应变监测技术领域，特别是涉及一种盾构管片应变监测装置和盾构管片。

背景技术

盾构管片是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最内层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。盾构管片是盾构法隧道的永久衬砌结构，盾构管片的质量直接关系到隧道的整体质量和安全，影响隧道的防水性能及耐久性能。但是，在隧道外部地下空间施工的影响下，长期服役的隧道周围的应力平衡会受到破坏，从而引发围岩向垂直或者水平方向位移，造成隧道结构发生倾斜、沉降、隆起等问题。

为了监测运营中隧道的结构安全，在既有隧道线路内设置自动化监测系统。相关技术中公开了在隧道结构的关键部位安装被动式应变传感器，该传感器集成了射频供能芯片和控制芯片，其利用射频供能芯片的供能与信息传输功能，进行信息传输与整体供能。但此种方式下，射频天线的辐射角度有限，在射频供能芯片不处于辐射范围内的情况下，射频供能芯片无法接收到射频信号以实现无线充电，从而导致应变传感器因无法得到供能而失效，导致监测系统无法及时获取应变数据。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种可以使监测系统及时获取应变数据的盾构管片应变监测装置和盾构管片。

第一方面，本申请提出了一种盾构管片应变监测装置，包括：

无源应变检测模块，所述无源应变检测模块包括射频天线和若干个无源应变检测单元，所述射频天线和所述无源应变检测单元通信连接，所述无源应变检测单元用于设置在盾构管片上，所述无源应变检测单元包括射频供能芯片和第一应变传感器，所述射频供能芯片和所述第一应变传感器连接；

有源应变检测模块，所述有源应变检测模块包括若干个有源应变检测单元，所述有源应变检测单元用于设置在所述盾构管片上，所述有源应变检测单元包括电池组件、信号传输组件和第二应变传感器，所述电池组件分别连接所述信号传输组件和所述第二应变传感器，所述信号传输组件和所述第二应变传感器通信连接；

检测控制模块，所述检测控制模块分别与所述无源应变检测模块和所述有源应变检测模块通信连接，所述检测控制模块用于发送数据采集指令，并分别获取所述第一应变传感器采集的第一应变信号和所述第二应变传感器采集的第二应变信号。

在其中一个实施例中，所述无源应变检测单元还包括：第一温度传感器，所述第一温度传感器连接所述射频供能芯片。

在其中一个实施例中，所述有源应变检测单元还包括：第二温度传感器，所述第二温度传感器分别连接所述电池组件和所述信号传输组件。

在其中一个实施例中，所述射频天线为固定式阵列天线。

在其中一个实施例中，所述固定式阵列天线设置在所述检测控制模块中。

在其中一个实施例中，所述射频供能芯片包括射频标签。

在其中一个实施例中，所述有源应变检测单元还包括：有源电子标签，所述有源电子标签连接所述电池组件。

在其中一个实施例中，所述无源应变检测单元设置在所述盾构管片的内部。

在其中一个实施例中，所述有源应变检测单元设置在所述盾构管片的内部。

第二方面，本申请还提出了一种盾构管片，包括上述第一方面实施例所述的盾构管片应变监测装置。

上述盾构管片应变监测装置和盾构管片中，同时包括若干个无源应变检测单元和若干个有源应变检测单元，在射频天线的信号辐射范围内，可以设置无源应变检测单元来获取应变信号，在射频天线的信号辐射范围外，可以设置有源应变检测单元来获取应变信号，从而使检测控制模块可以及时地获取盾构管片不同部位的应变信号，提高了应变检测的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述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申请的一些实施例，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为一个实施例中盾构管片应变监测装置的模块示意图；

图2为一个实施例中无源应变检测单元的模块示意图；

图3为一个实施例中有源应变检测单元的模块示意图；

图4为另一个实施例中无源应变检测单元的模块示意图；

图5为另一个实施例中有源应变检测单元的模块示意图；

图6为一个实施例中盾构管片应变监测装置的安装示意图。

附图标记说明：

无源应变检测模块100、有源应变检测模块200、检测控制模块300、射频天线110、无源应变检测单元120、射频供能芯片121、第一应变传感器122、第一温度传感器123、有源应变检测单元210、电池组件211、信号传输组件212、第二应变传感器213、第二温度传感器214。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

在一个实施例中，如图1至图3所示，本申请提出了一种盾构管片应变监测装置，包括：无源应变检测模块100、有源应变检测模块200和检测控制模块300，无源应变检测模块100包括射频天线110和若干个无源应变检测单元120，射频天线110和无源应变检测单元120通信连接，无源应变检测单元120用于设置在盾构管片上，无源应变检测单元120包括射频供能芯片121和第一应变传感器122，射频供能芯片121和第一应变传感器122连接；有源应变检测模块200包括若干个有源应变检测单元210，有源应变检测单元210用于设置在盾构管片上，有源应变检测单元210包括电池组件211、信号传输组件212和第二应变传感器213，电池组件211分别连接信号传输组件212和第二应变传感器213，信号传输组件212和第二应变传感器213通信连接；检测控制模块300分别与无源应变检测模块100和有源应变检测模块200通信连接，检测控制模块300用于发送数据采集指令，并分别获取第一应变传感器122采集的第一应变信号和第二应变传感器213采集的第二应变信号。

具体的，无源应变检测模块100中的射频天线110可以发射出射频信号，无源应变检测单元120中的射频供能芯片121在接收到射频信号的情况下，即可将射频信号转换为电能，以向第一应变传感器122供电。同时，射频天线110通过发射的射频信号，可以与射频供能芯片121进行通信。第一应变传感器122在得电工作的情况下，可以实时检测相应位置的盾构管片上的应力大小，从而得到第一应变信号，并将第一应变信号发送给射频供能芯片121。射频供能芯片121接收到第一应变信号后，即会将第一应变信号发送给射频天线110，射频天线110接收到第一应变信号后，即会将第一应变信号转发给检测控制模块300。可以理解的是，一个射频天线110可以向多个无源应变检测单元120供电和通信，无源应变检测单元120的数量可以根据盾构管片的应力检测需求进行设置。

有源应变检测模块200中包括若干个有源应变检测单元210，有源应变检测单元210一般设置在射频天线110发射的射频信号辐射不到或信号较差的位置，以防在当前位置设置无源应变检测单元120时，无源应变检测单元120无法得到足够的电能以及时工作。每一个有源应变检测单元210均包括电池组件211、信号传输组件212和第二应变传感器213。电池组件211分别连接信号传输组件212和第二应变传感器213，以向信号传输组件212和第二应变传感器213供电。信号传输组件212与第二应变传感器213连接，当第二应变传感器213得电工作时，可以实时检测相应位置的盾构管片上的应力大小，从而得到第二应变信号，并将第二应变信号发送给信号传输组件212，信号传输组件212接收到第二应变信号后，即会通过无线或有线的方式将第二应变信号发送给检测控制模块300。

检测控制模块300通过射频天线110与无源应变检测模块100通信连接，且通过信号传输组件212与有源应变检测模块200通信连接。检测控制模块300在需要获取盾构管片的应力信息时，可以通过分别向无源应变检测模块100和有源应变检测模块200发送数据采集指令，无源应变检测模块100在接收到相应的数据采集指令后，即会控制第一应变传感器122采集第一应变信号，并传输至检测控制模块300。有源应变检测模块200在接收到相应的数据采集指令后，即会控制第二应变传感器213采集第二应变信号，并传输至检测控制模块300。检测控制模块300接收到第一应变信号和第二应变信号后，即会根据预设阈值对第一应变信号和第二应变信号进行比较，从而判断盾构管片的应力分布是否满足要求，并在不满足要求的情况下生成报警信息，以提示巡检人员对相应的位置进行检查维修。可以理解的是，在一些其他实施例中，检测控制模块300可以采用有线或无线的方式将报警信息输出；或直接将第一应变信号和第二应变信号输出。

上述盾构管片应变监测装置，同时包括若干个无源应变检测单元120和若干个有源应变检测单元210，在射频天线110的信号辐射范围内，可以设置无源应变检测单元120来获取应变信号，在射频天线110的信号辐射范围外，可以设置有源应变检测单元210来获取应变信号，从而使检测控制模块300可以及时地获取盾构管片不同部位的应变信号，提高了应变检测的安全性。

在一个实施例中，如图4所示，无源应变检测单元120还包括：第一温度传感器123，第一温度传感器123连接射频供能芯片121。具体的，射频供能芯片121与第一温度传感器123连接后，射频供能芯片121用于向第一温度传感器123供电和通信。例如，当第一温度传感器123在得电工作的情况下，即会实时检测当前位置的温度大小，并将得到的第一温度信息发送给射频供能芯片121，射频供能芯片121接收到第一温度信息后，即会将第一温度信息发送给检测控制模块300，检测控制模块300根据得到的第一温度信息，并与历史温度信息进行比较，即可得到当前位置的盾构管片的破损情况，从而提醒巡检人员。

在一个实施例中，如图5所示，有源应变检测单元210还包括：第二温度传感器214，第二温度传感器214分别连接电池组件211和信号传输组件212。具体的，电池组件211连接第二温度传感器214并向第二温度传感器214供电，信号传输组件212与第二温度传感器214通信连接。当第二温度传感器214在得电工作的情况下，即会实时检测当前位置的温度大小，并将得到的第二温度信息发送给信号传输组件212，信号传输组件212接收到第二温度信息后，即会将第二温度信息发送给检测控制模块300，检测控制模块300根据得到的第二温度信息，并与历史温度信息进行比较，即可得到当前位置的盾构管片的破损情况，从而提醒巡检人员进行相应的检查。

在一个实施例中，射频天线110为固定式阵列天线。具体的，本申请实施例的射频天线110为固定式阵列天线，其设置在盾构管片的一个固定位置，因此射频天线110的辐射范围是不变的，用户可以在辐射范围外或辐射信号较低的位置设置有源应变检测单元210，以充分及时的检测盾构管片各个位置的应力大小。在一些其他实施例中，射频天线110可以设置为车载移动式扫描天线阵列，对应的，检测控制模块300也可以设置为车载式，在需要检测隧道盾构管片的应力分布时，通过车载系统穿过隧道，即可完成对整个隧道中盾构管片的应力和/或温度检测。

在一个实施例中，如图6所示，固定式阵列天线设置在检测控制模块300中。具体的，本申请实施例的固定式阵列天线与检测控制模块300设置在同一个结构模块中，并固定在盾构管片的特定位置，以实时监测盾构管片的应力和/或温度。

在一个实施例中，射频供能芯片121包括射频标签。具体的，本申请实施例中的射频供能芯片121不仅具备电能转换的作用，其内部还设置有射频标签，射频标签中包含有身份识别信息，用于区分不同的无源应变检测单元120，检测控制模块300根据相应的身份识别信息可以确认无源应变检测单元120所处的具体位置。

在一个实施例中，有源应变检测单元210还包括：有源电子标签，有源电子标签连接电池组件211。具体的，本申请实施例中的有源应变检测单元210中还设置了有源电子标签，有源电子标签用于在电池组件211的供能下正常工作，有源电子标签中也存储有对应的身份识别信息，用于区分不同的有源应变检测单元210，检测控制模块300根据相应的身份识别信息可以确认有源应变检测单元210所处的具体位置。

在一个实施例中，无源应变检测单元120设置在盾构管片的内部。具体的，本申请实施例的无源应变检测单元120设置在盾构管片的内部，相应的，第一应变传感器122即可检测出盾构管片内部的应力信息，从而提高应力信息检测的准确性。

在一个实施例中，有源应变检测单元210设置在盾构管片的内部。具体的，本申请实施例的有源应变检测单元210设置在盾构管片的内部，相应的，第二应变传感器213即可检测出盾构管片内部的应力信息，从而提高应力信息检测的准确性。可以理解的是，在一些其他实施例中，无源应变检测单元120或有源应变检测单元210可以固定设置在盾构管片内侧的表面位置，也可以完成应力的检测；或者，仅将应变传感器设置在盾构管片的内部，以检测相应位置的应力大小。

在一个实施例中，本申请还提出了一种盾构管片，盾构管片包括上述实施例中的盾构管片应变监测装置。上述盾构管片中预先设置了盾构管片应变监测装置，由于盾构管片应变监测装置同时设置了若干个无源应变检测单元120和若干个有源应变检测单元210，在射频天线110的信号辐射范围内，可以设置无源应变检测单元120来获取应变信号，在射频天线110的信号辐射范围外，可以设置有源应变检测单元210来获取应变信号，从而使检测控制模块300可以及时地获取盾构管片不同部位的应变信号，提高了应变检测的安全性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种盾构管片应变监测装置，其特征在于，包括：

无源应变检测模块，所述无源应变检测模块包括射频天线和若干个无源应变检测单元，所述射频天线和所述无源应变检测单元通信连接，所述无源应变检测单元用于设置在盾构管片上，所述无源应变检测单元包括射频供能芯片和第一应变传感器，所述射频供能芯片和所述第一应变传感器连接；

有源应变检测模块，所述有源应变检测模块包括若干个有源应变检测单元，所述有源应变检测单元用于设置在所述盾构管片上，所述有源应变检测单元包括电池组件、信号传输组件和第二应变传感器，所述电池组件分别连接所述信号传输组件和所述第二应变传感器，所述信号传输组件和所述第二应变传感器通信连接；

检测控制模块，所述检测控制模块分别与所述无源应变检测模块和所述有源应变检测模块通信连接，所述检测控制模块用于发送数据采集指令，并分别获取所述第一应变传感器采集的第一应变信号和所述第二应变传感器采集的第二应变信号。

2.根据权利要求1所述的盾构管片应变监测装置，其特征在于，所述无源应变检测单元还包括：第一温度传感器，所述第一温度传感器连接所述射频供能芯片。

3.根据权利要求1所述的盾构管片应变监测装置，其特征在于，所述有源应变检测单元还包括：第二温度传感器，所述第二温度传感器分别连接所述电池组件和所述信号传输组件。

4.根据权利要求1所述的盾构管片应变监测装置，其特征在于，所述射频天线为固定式阵列天线。

5.根据权利要求4所述的盾构管片应变监测装置，其特征在于，所述固定式阵列天线设置在所述检测控制模块中。

6.根据权利要求1所述的盾构管片应变监测装置，其特征在于，所述射频供能芯片包括射频标签。

7.根据权利要求1所述的盾构管片应变监测装置，其特征在于，所述有源应变检测单元还包括：有源电子标签，所述有源电子标签连接所述电池组件。

8.根据权利要求1所述的盾构管片应变监测装置，其特征在于，所述无源应变检测单元设置在所述盾构管片的内部。

9.根据权利要求1所述的盾构管片应变监测装置，其特征在于，所述有源应变检测单元设置在所述盾构管片的内部。

10.一种盾构管片，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的盾构管片应变监测装置。