本發(fā)明涉及一種隧道無線照明自動調節(jié)裝置及其無線照明自動調節(jié)方法，屬于機械工程和電氣工程技術領域。

背景技術：

隧道作為拓展地下利用空間和緩解地面交通擁擠的工程建筑物，正在我國的經濟建設中發(fā)揮著重要作用。在隧道的修建過程中，特別是在使用盾構機或其它方法打通隧道后，施工人員便需要在合適的照明條件下進入洞中開展進一步的修建工作。

在現(xiàn)有的照明技術中，電纜供電照明和隧道內壁噴涂發(fā)光材料是在隧道建設過程中比較常見的兩種照明措施。其中，前者要求在施工人員進入隧道作業(yè)前，根據可利用電源的輸出電壓、供電量、供電時間、接電地點等因素設計和鋪設照明電纜，由此會降低施工效率；此外，在施工人員作業(yè)過程中電纜照明往往是對整個隧道的，而不是有針對性地在作業(yè)區(qū)域進行照明，這就會造成資源的浪費；對于隧道洞內復雜的施工環(huán)境，照明電纜一旦破損漏電，則會危及施工人員。后者利用手持照明燈和隧道內壁的發(fā)光涂料來滿足隧道洞內的照明要求，而現(xiàn)有的發(fā)光涂料往往含有對人體有害的成分，施工人員長時間在涂有這種發(fā)光材料的隧道洞中作業(yè)，不可避免地會接觸這些有毒物質，危害身體健康，同時手持照明設備又會對施工人員作業(yè)造成不方便。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種隧道無線照明自動調節(jié)裝置及其無線照明自動調節(jié)方法，能實現(xiàn)對隧道的區(qū)域性無線照明及自動調節(jié)，滿足施工人員照明需求的同時，提升了觀測及檢修的效率。

本發(fā)明首先公開了一種隧道無線照明自動調節(jié)裝置，其特征在于包括電能接收模塊陣列和可移動電能發(fā)射車；所述的電能接收模塊陣列包括若干安裝在隧道內壁上的電能接收模塊，所述的可移動電能發(fā)射車包括車身、扶手、電能發(fā)射模塊、升降臺、升降旋轉電機、平移臺、控制柜、光強度傳感器和輔助支撐裝置；

所述的扶手安裝于車身后端；控制柜安裝于車身上靠近扶手的一側，隔板將控制柜分為上下兩層，上層設置有dsp控制模塊、手動調節(jié)升降開關、手動調節(jié)開關按鈕，下層設置有直流電源、逆變電路、pwm信號發(fā)生器；所述的dsp控制模塊與直流電源電連接；所述的手動調節(jié)升降按鈕與dsp控制模塊電連接；所述的手動調節(jié)升降開關與dsp控制模塊電連接，手動調節(jié)升降開關有零位、升、降三個擋位；

所述的平移臺安裝在車身上，平移臺的軌道垂直于車身行進方向，平移臺安裝有手輪，所述的手輪控制平臺相對于車身的移動；所述的升降臺和升降旋轉電機安裝于平移臺的水平移動平臺上，且用螺栓固定；升降旋轉電機通過絲桿與升降臺連接，并控制升降平臺的升降；升降旋轉電機安裝有旋轉電機電動開關，所述的旋轉電機電動開關與dsp控制模塊電連接；

所述的光強度傳感器通過連接桿安裝在車身的前端，光強度傳感器與dsp控制模塊電連接；

所述的輔助支撐裝置包括固定支架和支腿，所述的固定支架與車身的側面電焊連接，所述的支腿與固定支架通過螺紋連接；

所述的電能接收模塊包括接收線圈、諧振電容和照明燈，所述的接收線圈、所述的諧振電容和所述的照明燈電連接構成回路。

所述的電能發(fā)射模塊包括直流電源、逆變電路、pwm信號發(fā)生器、諧振電容和發(fā)射線圈，所述的發(fā)射線圈和諧振電容安裝在升降平臺上；所述的直流電源、逆變電路和pwm信號發(fā)生器安裝在控制柜內；直流電源、逆變電路、諧振電容和發(fā)射線圈之間電連接；pwm信號發(fā)生器和逆變電路電連接，并由pwm信號發(fā)生器對逆變電路發(fā)出控制波形。

優(yōu)選的，所述的電能接收模塊包括環(huán)形磁芯，接收線圈繞制在磁芯的外側。

優(yōu)選的，所述的電能發(fā)射模塊包括w型磁芯，線圈交錯繞制，以適應隧道頂部的弧形內壁。

優(yōu)選的，電能發(fā)射回路與電能接收回路的諧振頻率相同，其中所述的電能發(fā)射回路包括發(fā)射線圈和諧振電容，所述的電能接收回路包括接收線圈和諧振電容。

優(yōu)選的，所述照明燈為led燈。

優(yōu)選的，所述電能接收模塊黏著在隧道壁上，可拆卸。

優(yōu)選的，所述的發(fā)射線圈半徑為接收線圈半徑的2.5‐3倍。

優(yōu)選的，所述的接收線圈分若干列平行安裝在隧道頂部；任意兩個接收線圈之間的距離相等，兩個接收線圈的圓心間距為2.5‐3倍的接收線圈半徑。

本發(fā)明還公開了一種隧道無線照明自動調節(jié)方法：

電能發(fā)射模塊中的直流電源輸出直流，pwm信號發(fā)生器輸出控制波形控制逆變電路中的開關器件，將直流變換成高頻交流，電能發(fā)射回路通以高頻交流后發(fā)生諧振，并在空間中產生同頻率的交變磁場，高頻交變磁場和接收線圈交鏈產生感應電勢，接收回路發(fā)生諧振，諧振感應電流驅動照明燈，實現(xiàn)對隧道內部的區(qū)域照明；

當施工人員將小車移到下一觀測區(qū)域時，電能發(fā)射線圈和前一觀測區(qū)中的接收線圈之間距離增大，而和下一觀測區(qū)中的接收線圈之間距離減小，導致前一觀測區(qū)電能接收回路的感應電流減小，前一觀測區(qū)的照明燈熄滅，而下一觀測區(qū)接收回路電流增大，下一觀測區(qū)的照明燈點亮，施工人員可進入下一觀測區(qū)進行作業(yè)；

當光照強度低于作業(yè)照明要求時，采用自動調節(jié)方法或手動調節(jié)方法調整發(fā)射線圈的水平位置和垂直位置；

所述的自動調節(jié)方法為：

a.確認控制柜的手動調節(jié)開關按鈕處于彈出狀態(tài)，即此時為自動調節(jié)模式，光強度傳感器檢測當前區(qū)域的光照強度，當低于預先設定的閾值時，向dsp控制模塊發(fā)出信號，dsp控制模塊收到信號后按照事先儲存的指令對旋轉電機電動開關發(fā)出控制指令，控制升降旋轉電機工作固定步長的時間，由此發(fā)射線圈上升一定距離，此時，接收線圈和發(fā)射線圈間的距離減小，接收回路感應電流增大，照明燈亮度增強；

b.光強度傳感器繼續(xù)檢測光照強度，若還是低于預先設定的閾值，則重復步驟a；若光照強度高于閾值，則光強度傳感器停止向dsp控制模塊發(fā)信號，發(fā)射線圈固定在某一高度；

所述的手動調節(jié)方法：

當施工人員需要改變水平方向的照明亮度時，轉動手輪，使水平移動平臺帶動升降臺和發(fā)射線圈發(fā)生水平移動，此時，處于原來發(fā)射線圈磁場區(qū)域的接收回路電流減小，該區(qū)域照明燈亮度下降，移動后發(fā)射線圈磁場區(qū)域內的接收回路電流增大，該區(qū)域照明燈亮度提高；

當施工人員需要手動調節(jié)發(fā)射線圈的垂直位置時，先按下控制柜上的手動調節(jié)開關按鈕，dsp控制模塊根據按鈕信號關閉光強度傳感器，再選擇手動調節(jié)升降開關的升/降擋，dsp控制模塊根據開關信號，向旋轉電機電動開關發(fā)出升/降指令，控制升降旋轉電機的正轉或反轉，從而調節(jié)發(fā)射線圈的垂直位置；當發(fā)射線圈的垂直位置調整好后，將手動調節(jié)升降開關打到零位擋，即完成了手動調節(jié)。

本發(fā)明能夠實現(xiàn)對隧道的區(qū)域性無線照明，并自動調節(jié)照明亮度，滿足施工人員照明需求的同時，提升了觀測及檢修的效率，也符合按需照明的節(jié)能環(huán)保要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖；

圖2是電能接收模塊的結構示意圖；

圖3是電能發(fā)射模塊的結構示意圖；

圖4是接收線圈和磁芯的正視和俯視圖；

圖5是發(fā)射線圈和磁芯的正視和俯視圖；

圖6是接收線圈在隧道頂部內壁上的安裝排列位置示意圖；

圖7是本發(fā)明的工作原理圖。

圖中：1、電能接收模塊，2、電能發(fā)射模塊，3、升降臺，4、平移臺，5、光強度傳感器，6、控制柜，7、車身，8、固定支架，9、扶手，10、升降旋轉電機，11、dsp控制模塊，12、手動調節(jié)開關按鈕，13、手動調節(jié)升降開關，14、隔板，15、手輪，16、水平移動平臺，17、升降平臺，18、旋轉電機電動開關，19、連接桿，20、支腿，1‐1、接收線圈，1‐2、諧振電容，1‐3、照明燈，1‐4、接收線圈磁芯，2‐1、直流電源，2‐2、逆變電路，2‐3、諧振電容，2‐4、發(fā)射線圈，2‐5、pwm信號發(fā)生器，2‐6、發(fā)射線圈磁芯。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明的一種隧道無線照明自動調節(jié)裝置包括電能接收模塊陣列和可移動電能發(fā)射車；所述的電能接收模塊陣列包括若干安裝在隧道內壁上的電能接收模塊1，所述的可移動電能發(fā)射車包括車身7、扶手9、電能發(fā)射模塊2、升降臺3、升降旋轉電機10、平移臺4、控制柜6、光強度傳感器5和輔助支撐裝置；

所述的扶手9安裝于車身后端；控制柜6安裝于車身7上靠近扶手9的一側，隔板14將控制柜6分為上下兩層，上層設置有dsp控制模塊11、手動調節(jié)升降開關13、手動調節(jié)開關按鈕12，下層設置有直流電源2-1、逆變電路2-2、pwm信號發(fā)生器2-5；所述的dsp控制模塊11與直流電源2-1電連接；所述的手動調節(jié)升降按鈕12與dsp控制模塊11電連接；所述的手動調節(jié)升降開關13與dsp控制模塊11電連接，手動調節(jié)升降開關13有零位、升、降三個擋位；

所述的平移臺4安裝在車身10上，平移臺4的軌道垂直于車身行進方向，平移臺4安裝有手輪15，所述的手輪15控制平臺相對于車身的移動；所述的升降臺3和升降旋轉電機10安裝于平移臺4的水平移動平臺16上，且用螺栓固定；升降旋轉電機10通過絲桿與升降臺3連接，并控制升降平臺17的升降；升降旋轉電機10安裝有旋轉電機電動開關18，所述的旋轉電機電動開關18與dsp控制模塊11電連接；

所述的光強度傳感器5通過連接桿19安裝在車身7的前端，光強度傳感器5與dsp控制模塊11電連接；

所述的輔助支撐裝置包括固定支架8和支腿20，所述的固定支架8與車身7的側面電焊連接，所述的支腿20與固定支架8通過螺紋連接；

如圖2所示，在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述的電能接收模塊1包括接收線圈1-1、諧振電容1-2和照明燈1-3，所述的接收線圈1-1、所述的諧振電容1-2和所述的照明燈1-3電連接構成回路；

如圖3所示，所述的電能發(fā)射模塊2包括直流電源2-1、逆變電路2-2、pwm信號發(fā)生器2-5、諧振電容2-3和發(fā)射線圈2-4，所述的發(fā)射線圈2-4和諧振電容2-3安裝在升降平臺17上；所述的直流電源2-1、逆變電路2-2和pwm信號發(fā)生器2-5安裝在控制柜6內；直流電源2-1、逆變電路2-2、諧振電容2-3和發(fā)射線圈2-4之間電連接；pwm信號發(fā)生器2-5和逆變電路2-2電連接，并由pwm信號發(fā)生器2-5對逆變電路2-2發(fā)出控制波形。

作為本發(fā)明進一步的改進，如圖4所示，所述的電能接收模塊1包括環(huán)形磁芯1‐4，接收線圈1‐1繞制在磁芯1‐4的外側。

作為本發(fā)明進一步的改進，如圖5所示，所述的電能發(fā)射模塊2包括w型磁芯2‐6，線圈交錯繞制，以適應隧道頂部的弧形內壁。

作為本發(fā)明進一步的改進，電能發(fā)射回路與電能接收回路的諧振頻率相同，其中所述的電能發(fā)射回路包括發(fā)射線圈2‐4和諧振電容2‐3，所述的電能接收回路包括接收線圈1‐1和諧振電容1‐2。

作為本發(fā)明進一步的改進，當光照強度低于作業(yè)照明要求時，發(fā)射線圈2‐4可自動上升至合適位置，同時也可手動調節(jié)發(fā)射線圈2‐4的水平位置和垂直位置。

作為本發(fā)明進一步的改進，照明燈1‐3為led燈。

作為本發(fā)明進一步的改進，電能接收模塊1黏著在隧道壁上，可拆卸。

作為本發(fā)明進一步的改進，發(fā)射線圈2‐4半徑為接收線圈1‐1半徑的2.5‐3倍。

作為本發(fā)明進一步的改進，如圖6所示，分若干列平行安裝在隧道頂部；任意兩個接收線圈1‐1之間的距離相等，兩個接收線圈1‐1的圓心間距為2.5‐3倍的接收線圈半徑。。

作為本發(fā)明進一步的改進，輔助支撐裝置中的支腿20可伸縮，在發(fā)射線圈2‐4水平移動和垂直移動過程中，可保持車身的穩(wěn)定。

結合圖7所示，本發(fā)明的無線照明與調節(jié)方法如下：

(1)裝置定位

施工人員將裝置移動到待觀測區(qū)后，先將裝置兩側的4個支腿20伸長至地面，保證裝置的穩(wěn)定性。

(2)自動照明調節(jié)

控制柜6中的直流電源2‐1向電能發(fā)射回路注入直流，pwm信號發(fā)生器2‐5輸出控制波形控制逆變電路2‐4中的開關器件，將直流電流變換成高頻交流加載于諧振電容2‐3和發(fā)射線圈2‐4上，諧振電容2‐3和發(fā)射線圈2‐4發(fā)生諧振，并在空間產生同頻率的交變磁場，從而使待觀測區(qū)內的電能接收線圈1‐1與高頻磁場交鏈產生感應電動勢，電能接收回路發(fā)生諧振，接收回路電流驅動led照明燈1‐3點亮。

當控制柜6的手動調節(jié)開關按鈕12處于彈出狀態(tài)時，即為照明自動調節(jié)模式，此時光強度傳感器5會檢測當前區(qū)域的光照強度，若低于預先設定的閾值，光強度傳感器5向dsp控制模塊11發(fā)出信號，dsp控制模塊11收到信號后按事先存儲的指令對旋轉電機電動開關18發(fā)出控制指令，控制升降旋轉電機10工作固定步長的時間，使發(fā)射線圈2‐4上升一定距離。此時，接收線圈1‐1和發(fā)射線圈2‐4間的距離減小，接收回路電流增大，照明燈1‐3亮度增強。隨后，光強度傳感器5再次檢測光照強度，若還是低于預先設定的閾值，則再次向dsp控制模塊11發(fā)出信號，重復上述控制；若光照強度高于閾值，則光強度傳感器5停止向dsp控制模塊11發(fā)信號，發(fā)射線圈2‐4固定在某一高度。

(3)手動照明調節(jié)

如果施工人員需要在不移動裝置位置的同時改變水平方向的照明亮度，則可以進行手動調節(jié)手輪15，從而使水平移動平臺16帶動升降臺3和發(fā)射線圈2‐4發(fā)生水平移動。此時，處于原來發(fā)射線圈磁場區(qū)域的接收回路電流減小，該區(qū)域照明燈亮度下降，處于移動后發(fā)射線圈磁場區(qū)域的接收回路電流增大，該區(qū)域照明燈1‐3亮度提高。

如果施工人員需要手動調節(jié)發(fā)射線圈的垂直位置，則先按下控制柜6上的手動調節(jié)開關按鈕12，dsp控制模塊11根據按鈕信號關閉光強度傳感器5，再選擇手動調節(jié)升降開關13的升/降擋，dsp控制模塊11根據開關的升/降信號向旋轉電機電動開關18發(fā)出升/降指令，控制升降旋轉電機10的正轉或反轉，從而調節(jié)發(fā)射線圈2‐4的垂直位置。當發(fā)射線圈2‐4的垂直位置調整好后，施工人員將手動調節(jié)升降開關13打到零位擋，即完成了手動調節(jié)。

(4)移動照明

施工人員完成當前區(qū)域的觀測后，先將裝置兩側的4個支腿20收縮，然后將裝置移動到下一個觀測區(qū)，此時發(fā)射線圈2‐4和前一觀測區(qū)中的接收線圈1‐1間距增大，而和下一觀測區(qū)中的接收線圈1‐1的間距減小，導致前一觀測區(qū)電能接收回路中的感應電流減小，led照明燈1‐3熄滅，而下一觀測區(qū)接收回路電流增大，照明燈1‐3點亮，施工人員可進入下一觀測區(qū)進行作業(yè)。

綜上所述，本發(fā)明能夠實現(xiàn)對隧道的區(qū)域性無線照明，并自動調節(jié)照明亮度，滿足施工人員照明需求的同時，提升了觀測及檢修的效率，也符合按需照明的節(jié)能環(huán)保要求。