隧道沉降收敛自动检测仪

1、说 明 书隧道沉降收敛自动检测仪发明人：孙洪超 程琦然 戴连双 张春玲 张扬 所属技术领域本发明是一种能够自动检测隧道沉降收敛的装置。背景技术隧道的沉降收敛是必备的检测，它能对隧道稳定程度做出判断，预警隧道不安全的因素，防止事故的发生。目前，检测方法是“水准仪倒尺法”，其有比较高的精度，但是操作比较繁琐，需要在隧道顶部预埋件；隧道内一般比较昏暗，影响水准尺的读数精度；在隧道出渣土过程中会造成彼此的工作延误，用这种方法费时费力。发明内容为了克服现有的隧道沉降收敛检测方法费时费力的不足， 本发明提供一种隧道沉降收敛自动检测仪，该隧道沉降收敛自动检测仪不仅有较高的测量精度，而且能方便快速的测量出隧道

2、的沉降值和收敛值。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本装置中激光干涉测距装置和重力感应装置安放在旋转头中，通过电缆连接到控制器；伺服马达带动旋转头转动并通过电缆连接到控制器，控制器控制器伺服发达转动；角度编码器与旋转头连接，当旋转头转动时带动角度编码器，角度编码器输出旋转头所转动的角度，把角度的数据通过电缆传送到控制器；控制器控制激光干涉装置、伺服马达，接收激光干涉装置、重力感应装置、角度编码器传来的数据，把这些数据通过电缆传送给应用计算机；气象站是用来记录空气压力和温度，把空气压力和温度的数据通过电缆传送到应用计算机；应用计算机经过加载配置后，用来发出测量指令和接收测量数据。计算数据、

3、存储数据；水准管显示装置水准管方向的水平情况，并利用水准管使仪器调整到与这方向水平；控制按钮控制应用计算机；电池为整个装置供电。当检测隧道沉降收敛时，把仪器安置到隧道边墙处，调整仪器方向使水准管气泡居中，重力感应装置监测旋转头的水平情况，激光干涉测距装置测量到隧道边墙和隧道顶部的距离，角度编码器输出伺服马达转动的角度，利用这些数据计算出隧道顶部到仪器的垂直距离，根据第一次的水平测量值可以确定隧道顶部的具体位置；第二次检测时利用第一次测量的水平距离和这次的测量的水平距离可以确定第一次检测隧道顶部的具体位置，利用仪器到隧道顶部的距离和到隧道边墙的水平距离计算出隧道顶部到仪器的垂直距离；两次垂直距离

4、差为第二次检测的沉降值，两次水平距离差为第二次检测的收敛值。第三次检测时，这次检测的隧道顶部到仪器的垂直距离与第二次检测的隧道顶部到仪器的垂直距离差为这次检测的沉降值，这次检测的仪器到边墙的水平距离与第二次的检测仪器到边墙的水平距离差为这次检测的收敛值。以后的检测的沉降收敛值都按这种方法进行。其数学表达式为：C=Nc-(N-1)c；S=Ns-(N-1)s；其中C代表沉降值，Nc代表第n次检测时隧道顶部到仪器的垂直距离，(N-1)c第n-1次检测时代表隧道顶部到仪器的垂直距离，S代表收敛值，Ns代表第n次检测时仪器到边墙的水平距离，(N-1)s代表第n-1次检测时仪器到边墙的水平距离。本发明具有

5、如下主要优点：（1）操作方便简单。 （2）精度高、稳定性好。 （3）快速检测省时省力。完成一次检测仅需几分钟，使用其他方法多于一个小时；人力只需一个人，其他方法至少需要两个人。 （4）检测过程中不与其他工程施工冲突。 （5）可进行全天候实时监测，对隧道有较大沉降、不稳定沉降进行预警。附图说明下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图一是本发明电路原理图图二是隧道剖面图图三是整体示意图图1中1.激光干涉测距装置 ，2.重力感应装置，3.伺服马达，4.角度编码器，5.控制器，6.气象站 ，7.应用计算机，8.控制按钮，9.电池，10.水准管，11.旋转头，12. 固定锥 ，其中虚线为连接电缆具体实

6、施方式把仪器安放在隧道的边墙处（图二仪器位置），调整仪器方向使水准管气泡（10）居中，开机设定转动角度（CAB）后应用计算机（7）发出测量指令或不用输入角度应用计算机（7）直接发出测量指令，伺服马达（3）驱动旋转头（11）转动，重力感应装置（2）监测旋转头（11）水平情况，当旋转头（11）已经水平时，重力感应装置（2）向控制器（5）发出指令，控制器收到指令后激活激光干涉测距装置（1），激光干涉测距装置（1）测量A点到沿着水平方向B点距离AB，应用计算机(7)记录数据，根据气象站（6）的数据经过改正后最终得到AB值并存储这数据；伺服马达（3）再次驱动旋转头（11）转动，当角度编码器（4）输出的角

7、度与开机设定转动角度（CAB）相同时，控制器（5）收到这数据后令伺服马达（3）停止转动，激光干涉测距装置（1）测量A点到C点距离AC，应用计算机(7)记录数据，根据气象站（6）的数据经过改正后最终得到AC值并存储这数据。不用输入角度应用计算机（7）直接发出测量指令方式：伺服马达（3）驱动旋转头（11）转动，重力感应装置（2）监测旋转头（11）水平情况，当旋转头（11）已经水平时，重力感应装置（2）向控制器（5）发出指令，控制器收到指令后激活激光干涉测距装置（1），激光干涉测距装置（1）测量A点到沿着水平方向B点距离AB，应用计算机(7)记录数据，根据气象站（6）的数据经过改正后最终得到AB值并

8、存储这数据；伺服马达（3）再次驱动旋转头（11）转动，旋转一定角度后按动控制按钮（8）使其停止转动，激光干涉测距装置（1）测量A点C点距离AC，应用计算机(7)记录数据，根据气象站（6）的数据经过改正后最终得到AC值并存储这数据，角度编码器（4）输出旋转头所转过的角度（CAB），应用计算机记录存储距离数据和角度数据。依据这些数据有以下公式：AD=AC*sinCAB；CD=AC*cosCAB；可以求得AD,CD；把仪器放置在原来的位置点上（图二二次仪器位置），调整仪器方向使水准管气泡（10）居中，应用计算机（7）发出测量指令，伺服马达（3）驱动旋转头（11）转动，重力感应装置（2）监测旋转头（1

9、1）水平情况，当旋转头（11）已经水平时，重力感应装置（2）向控制器（5）发出指令，控制器收到指令后激活激光干涉测距装置（1），激光干涉测距装置（1）测量A点到沿着水平方向B点距离AB，应用计算机(7)记录数据，根据气象站（6）的数据经过改正后最终得到AB值并存储这数据；。伺服马(3)达驱动旋转头(11)转动，当角度编码器(4)输出角度接近上次输出角度（CAB）时，仪器进入微调状态，旋转头（11）慢速转动，激光测距装置（1）连续测量A点到顶部点的距离，角度编码器（4）不间断输出角度值，应用计算机记录处理这些数据。当 AC=AD/cosCAB；则C为C的沉降点；两边墙收敛值近似相等即：AA=BB

10、 可得收敛值AA=(AB-AB)/2;又得AD=AD-AACD=AC*sinCAB;第一次与第二次量测的沉降值为：CC=CD-CD；CD=sinCAB*AC；三次观测、四次观测等多次观测的沉降收敛值依次类推。说 明 书 附 图图 一图 二图 三权 利 要 求 书1一种沉降收敛自动检测仪，本装置中激光干涉测距装置和重力感应装置安放在旋转头中，通过电缆连接到控制器；伺服马达带动旋转头转动并通过电缆连接到控制器，控制器控制器伺服发达转动；角度编码器与旋转头连接，当旋转头转动时带动角度编码器，角度编码器输出旋转头所转动的角度，把角度的数据通过电缆传送到控制器；控制器控制激光干涉装置、伺服马达，接收激光

11、干涉装置、重力感应装置、角度编码器传来的数据，把这些数据通过电缆传送给应用计算机；气象站是用来记录空气压力和温度，把空气压力和温度的数据通过电缆传送到应用计算机；应用计算机经过加载配置后，用来发出测量指令和接收测量数据。计算数据、存储数据；水准管显示装置水准管方向的水平情况，并利用水准管使仪器调整到与这方向水平；控制按钮控制应用计算机；电池为整个装置供电。2一种沉降收敛自动检测仪，本装置中的伺服马达、角度编码器、旋转头同轴连接。伺服马达转动时，带动角度编码器和旋转头一起转动，水准管轴与角度编码器、伺服马达、旋转头的轴平行。3一种沉降收敛自动检测仪，仪器尾部的固定锥是可伸缩的，当把仪器安置在隧道边墙时，它因压力作用缩于仪器中。当仪器从隧道边墙移开时，因固定锥内部弹簧作用，它伸出来。 说 明 书 摘 要一种能够快速方便检测隧道沉降收敛的装置。本装置中激光干涉测距装置、重力感应装置、伺服马达，它们通过电缆连接到控制器；角度编码器与旋转头连接，当旋转头转动时带动角度编码器，角度编码器输出旋转头所转动的角度，把角度的数据通过电缆传送到控制器。本装置主要通过激光干涉测距装置测量两边墙的距离和到隧道顶