本實用新型涉及拱頂沉降監(jiān)測領域，特別涉及一種基于PSD傳感器隧道拱頂沉降的自動化監(jiān)測裝置。

背景技術：

隨著我國經濟建設的突飛猛進和城市化程度的不斷提高，地下空間的開發(fā)和利用已大力開展，地鐵運行所帶來的危害日益凸顯。地鐵振動的長期作用可能引起土體發(fā)生沉降并具有累積效應，引起隧道沉降和地表變形，直接威脅地鐵隧道結構和行車安全，間接引起建筑物地基不均勻下沉，對沿線建筑物造成損害，促使有裂縫的砌體加速開裂或倒塌、造成巨大的經濟損失和社會影響。因此，地鐵運營過程中長期微幅振動下所導致的土體沉降累積是不容忽視的問題。如何預測并采取有效對策以控制和減小土體沉降成為地下交通建設中亟待解決的技術難題。因此本實用新型專利應運而生，實現隧道拱頂沉降監(jiān)測的機械化與自動化，極大減少人力付出和減少監(jiān)測器材攜帶難度，為評估隧道安全性和土層微幅振動下累積沉降問題提供有力技術支撐。

技術實現要素：

針對上述背景技術存在的不足和缺陷，本實用新型專利提供一種隧道拱頂沉降自動化監(jiān)測的PSD裝置。更具體的涉及機械制造與自動化、無線數據傳輸領域，同時還涉及一種與之對應的沉降監(jiān)測方法，特別適用于對地鐵隧道長期運營微幅振動導致的隧道拱頂沉降領域，適合于對監(jiān)控量測精度、自動化程度要求高的監(jiān)測領域。

本實用新型目的是通過以下技術方案來實現的：

一種基于PSD傳感器隧道拱頂沉降的自動化監(jiān)測裝置，包括：傳送平臺，所述的傳送平臺通過三角鋼支架固定在隧道拱頂上，傳送平臺上布置有軌道，軌道上安裝有兩個伸縮式的電動軌道車，兩個電動軌道車上分別安裝激光測量盒和PSD讀數盒用于對隧道拱頂的進行沉降監(jiān)測，激光測量盒和PSD讀數盒上均固定有鎖頭，隧道拱頂的監(jiān)測斷面處安裝與鎖頭匹配的旋轉鎖扣。

所述的傳送平臺是由鍍鋅鋼板鋪設在三角鋼支架上并通過螺栓連接形成；傳送平臺的主體部分沿隧道軸線變化，傳送平臺在每一個監(jiān)測斷面的附近還設置有分岔口，分岔口的終端在監(jiān)測斷面拱頂的正下方；分岔口的終端設置有擋板。

所述的軌道的設置方式與傳送平臺相同。

所述的電動軌道車包含一個平板車床，車床下包含控制電路、單片機、和車輪，控制電路接受到指令后通過內置的單片機控制電動軌道車的行進與停止。

所述的在電動軌道車上設置伸縮裝置，伸縮裝置上安裝調平裝置，激光測量盒和PSD讀數盒安裝在調平裝置上。

所述的伸縮裝置采用折疊式伸縮結構，伸縮精度為0～0.01mm。

所述的調平裝置下端通過螺栓固定在伸縮裝置上，調平裝置包含初調平機構和微調平機構。

所述的激光測量盒上表面固定旋轉鎖扣的第一鎖頭，激光測量盒前后兩側面上各設置一組第一對開閘門，測量盒內包含激光發(fā)射器、第一旋轉平臺和第一控制盒；所述的第一控制盒包括第一控制電路和第一伺服馬達；激光發(fā)射器固定在第一旋轉平臺上，第一伺服馬達通過自帶轉軸與第一旋轉平臺相連，第一旋轉平臺能夠調整激光發(fā)射器發(fā)出的光束的方向，使激光束對準PSD讀數盒，第一控制電路集成無線傳輸模塊，用于接收和執(zhí)行指令，以打開閘門或控制第一伺服馬達轉動第一旋轉平臺；

所述的PSD讀數盒上表面固定旋轉鎖扣的第二鎖頭，前后兩側面上各設置一組第二對開閘門，PSD讀數盒內設置有PSD光電位置傳感器和數據采集器；數據采集器內置信號解碼模塊。

所述的旋轉鎖扣內置觸控模塊；當鎖頭伸到鎖扣的鎖孔內并觸碰底部時，旋轉鎖扣啟動旋轉鎖住鎖頭，使激光測量盒或者PSD讀數盒固定在隧道拱頂處。

一種基于沿軌道進行隧道沉降監(jiān)測的PSD自動化監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

完成所有部件的安裝和調平工作后開始測量；

首先安裝PSD讀數盒的電動軌道車B車接收啟動信號后沿軌道運行，當電動軌道車B運行至第一監(jiān)測斷面附近時進入對應的第一分岔口，并使電動軌道車B停在第一監(jiān)測斷面拱頂的正下方，電動軌道車B停穩(wěn)后，打開伸縮裝置，帶動調平裝置及其上面固定的PSD讀數盒上升，直到PSD讀數盒上的鎖頭伸入旋轉鎖扣的鎖孔內，當鎖頭觸碰到鎖孔底部時旋轉鎖扣自動開啟鎖住并固定鎖頭，將PSD讀數盒固定在第一監(jiān)測斷面下；

同樣操作，驅動安裝激光測量盒的電動軌道車A將激光測量盒固定在第二測量斷面下；控制激光測量盒和PSD讀數盒打開其兩側的閘門，位于第二測量斷面處激光發(fā)射器發(fā)出激光束照射到第一監(jiān)測斷面處的PSD光電傳感器上，PSD光電傳感器接收到光信號并進行轉化，采集到第一監(jiān)測斷面的沉降數據；

之后隧道拱頂處的旋轉鎖扣打開，電動軌道車上的伸縮裝置關閉，激光測量盒和PSD讀數盒重新回到軌道車上，控制電動軌道車回到主傳送平臺；

重復上述操作，電動軌道車A載著激光測量盒進入第三測量斷面，電動軌道車B載著PSD讀數盒進入第二測量斷面，進行第二測量斷面的沉降數據監(jiān)測，如此循環(huán)下去，完成全程每個測量斷面的沉降測量。

相對于現有技術，本實用新型具有以下優(yōu)點：

本實用新型基于PSD光電位置傳感器進行地鐵長期沉降監(jiān)測，能夠很好的滿足測量精度的要求。該裝置的軌道上安裝有兩個伸縮式的電動軌道車，激光測量盒和PSD讀數盒上均固定有鎖頭，隧道拱頂的監(jiān)測斷面處安裝與鎖頭匹配的旋轉鎖扣。通過電動軌道車的位置實現鎖頭與旋轉鎖扣固定進而固定激光測量盒和PSD讀數盒的位置，進行監(jiān)測斷面處的沉降數據采集。該裝置能夠實現自動化監(jiān)測，避免對地鐵的正常行駛造成干擾，極大的提高了監(jiān)測效率。在隧道上部鋪設軌道，讓激光發(fā)射器和PSD傳感器沿軌道進行自動化監(jiān)測，避免了在每個監(jiān)測斷面都布置激光發(fā)射器、PSD傳感器和數據采集器，極大的減小了監(jiān)測成本投入。軌道的位置和固定合理的利用隧道內部空間位置，盡可能的減少對隧道襯砌的破壞。整套設備拆卸靈活、安裝方便，大大節(jié)約了人力操作的費用和人為可能導致的誤差。同時，本實用新型專利能夠大大提高監(jiān)測的自動化水平，提高監(jiān)控量測效率及時反饋監(jiān)測數據反映隧道運營狀態(tài)，大大降低人力成本，節(jié)約資金。

進一步，在分岔口的終端設置擋板，避免軌道車由于慣性或制動不靈而掉落。

進一步，伸縮裝置采用折疊式伸縮架，伸縮架上部固定有安裝平臺，該伸縮裝置屬于高精密儀器，穩(wěn)定性好、精度高。

進一步，調平裝置包含初調平機構和微調平機構。首先采用支座上的大旋鈕進行初調，使其工作面處于水平位置，固定好激光發(fā)射器之后，再通過其平臺下的三個小轉鈕進行微調，以確保每次的激光束都是平行射向PSD位置傳感器。

【附圖說明】

圖1是監(jiān)測系統(tǒng)整體示意圖；

圖2電動軌道車A及激光測量盒的示意圖；

圖3電動軌道車B及PSD讀數盒示意圖；

圖4旋轉鎖扣示意圖；圖4(a)為旋轉鎖扣主視圖；圖4(b)為旋轉鎖扣左視圖；

圖中：1.傳送平臺、2.三角鋼支架、3.軌道、4.電動軌道車、5.伸縮裝置、6.調平裝置7.激光測量盒、8.PSD讀數盒、9.激光發(fā)射器、10.PSD光電傳感器、11.第一鎖頭、11’.第二鎖頭、12.旋轉鎖扣、13.數據采集器、14.第一對開閘門、14’.第二對開閘門、15.旋轉平臺、16控制盒、17控制電路、18伺服馬達、19控制電路、20單片機。

【具體實施方式】

下面結合附圖，對本實用新型的具體實施方式進行詳細闡述，但本實用新型不限于該實施例。為了使公眾對本實用新型有徹底的了解，在以下本實用新型優(yōu)選施例中詳細說明具體的細節(jié)。

如圖1所示，一種隧道拱頂沉降自動化監(jiān)測的PSD裝置，包括傳送平臺1，用于使傳送平臺1固定在隧道拱頂上的三角鋼支架2，在傳送平臺1上布置軌道3，沿軌道3運行的電動軌道車4，在電動軌道車4上安裝伸縮裝置5，在伸縮裝置5上安裝調平裝置6，在調平裝置6上安裝激光測量盒7或者PSD讀數盒8，激光測量盒7和PSD讀數盒8上均固定有旋轉鎖扣的鎖頭11，在監(jiān)測斷面的拱頂處安裝旋轉鎖扣12，用于固定激光測量盒盒PSD讀數盒。

其中，傳送平臺1采用鍍鋅鋼板，鍍鋅鋼板鋪設在三角鋼支架2上，并通過螺栓連接。傳送平臺1的主體部分沿隧道軸線變化，大部分為直線段，同時也包含轉彎段和分岔口。分岔口設置在每一個監(jiān)測斷面的附近，分岔口的終端都停留在監(jiān)測斷面拱頂的正下方。在分岔口的終端設置擋板，避免軌道車由于慣性或制動不靈而掉落。

三角鋼支架2采用鍍鋅三角鋼焊接成U型的支撐架，并在其上端焊接端頭。通過螺栓連接將端頭固定在隧道右拱肩處，從而實現對傳送平臺的支撐作用。

軌道3類似于火車軌道，其固定在傳送平臺上。在傳送平臺的分岔口處設置道岔，方便電動軌道車能夠順利的運行到隧道拱頂正下方。

電動軌道車4包含一個平板車床，其車床下包含控制電路19、單片機20和4個車輪?？刂齐娐?9接受到指令后通過內置單片機20執(zhí)行電動軌道車的行進與停止。

伸縮裝置5采用折疊式伸縮架，伸縮架上部固定有安裝平臺，該伸縮裝置屬于高精密儀器，穩(wěn)定性好、精度高，其精度可控制在0.01mm。伸縮裝置5通過螺栓固定在軌道車上。

調平裝置6下端通過螺栓固定在伸縮裝置5上，調平裝置6包含兩次調平，首先采用支座上的大旋鈕進行初調，使其工作面處于水平位置，固定好激光發(fā)射器之后，再通過其平臺下的三個小轉鈕進行微調，以確保每次的激光束都是平行射向PSD位置傳感器。

如圖2所示，激光測量盒7上表面固定旋轉鎖扣的鎖頭11，前后兩側面上各設置一組對開閘門14，測量盒內包含激光發(fā)射器9、旋轉平臺15、控制盒16。所述的控制盒16包括控制電路17、伺服馬達18。激光發(fā)射器9通過螺栓固定在旋轉平臺15上，伺服馬達18通過自帶轉軸與旋轉平臺15相連，控制電路17集成無線傳輸模塊，可以接收和執(zhí)行指令，指揮打開閘門或轉動旋轉平臺。

如圖3所示，PSD讀數盒8與激光測量盒7構造相似，其上表面也固定旋轉鎖扣的鎖頭11’，前后兩側面上各設置一組對開閘門14’，讀數盒內包含PSD光電位置傳感器10、數據采集器13。PSD位置傳感器固定在其卡座里，其卡座牢固粘結在讀數盒的上部。數據采集器13固定在讀數盒的下部，內置信號解碼模塊，從而將光信號轉換成沉降數據。

如圖4所示，旋轉鎖扣有兩部分組成，即鎖頭和鎖扣12，鎖頭固定在激光測量盒7或PSD讀數盒8的上部，鎖扣12外形為四方形盒子，鎖孔位于盒子的中心位置。盒子四角留有螺栓孔，通過螺栓將鎖扣12固定在每個監(jiān)測斷面的拱頂處。旋轉鎖扣12內置觸控模塊，當鎖頭11伸到鎖孔內并觸碰到鎖孔底部時，旋轉鎖扣12自動開啟，旋轉鎖住，從而將激光測量盒7或者PSD讀數盒8牢固的固定在隧道拱頂處。

一種基于PSD傳感器隧道拱頂沉降的自動化監(jiān)測方法，包括以下步驟：

本裝置需要兩個電動軌道車，電動軌道車A用于載激光測量盒7、電動軌道車B用于載PSD讀數盒8。進行測量前首先完成所有部件的安裝和調平工作。測量時，電動軌道車B車床下的控制電路19接收到信號后，通過其內置單片機20啟動電動軌道車B沿軌道運行，當電動軌道車B運行至監(jiān)測斷面1附近時進入分岔口1，并使電動軌道車B準確的停在斷面1拱頂的正下方。電動軌道車B停穩(wěn)后，其控制電路19發(fā)出命令，打開伸縮裝置5，帶動調平裝置6及其上面固定的PSD讀數盒8上升，直到PSD讀數盒8上的鎖頭伸入旋轉鎖扣的鎖孔內，當鎖頭觸碰到鎖孔底部時旋轉鎖扣自動開啟，鎖住并固定鎖頭，從而將PSD讀數盒8固定在測量斷面1下。同樣操作，驅動電動軌道車A將激光測量盒7固定在測量斷面2下。激光測量盒7和PSD讀數盒8內的控制電路17根據接收的信號打開其兩側的閘門14，位于斷面2處激光發(fā)射器9發(fā)出激光束照射到斷面1處的PSD傳感器上，PSD傳感器接收到光信號并進行轉化，數據采集器收集到斷面1的沉降數據，并通過無線傳輸設備將監(jiān)測數據傳送出來。之后隧道拱頂處的鎖扣打開，軌道車上的伸縮裝置關閉，激光測量盒7和PSD讀數盒8重新回到軌道車4上。軌道車4車床下的控制電路19通過單片機20將軌道車回到主傳送平臺2。重復上述操作，電動軌道車A載著激光測量盒7進入斷面3，電動軌道車B載著PSD讀數盒8進入斷面2，進行斷面2的沉降監(jiān)測，如此循環(huán)下去，完成全程每個斷面一個測回的拱頂沉降測量。

以上，僅為本實用新型的較佳實施例，并非僅限于本實用新型的實施范圍，凡依本實用新型專利范圍的內容所做的等效變化和修飾，都應為本實用新型的技術范疇。