一种高速铁路隧道收敛自动检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高速铁路隧道收敛自动检测装置及检测方法，包括：激光靶、电源模块、机柜、激光传感器、倾角传感器、通信模块和服务器；机柜固定在隧道的内壁上，激光靶固定在隧道的内壁上，激光传感器固定在机柜内，激光传感器与倾角传感器固定连接，激光传感器、倾角传感器和通信模块分别与电源模块连接，激光传感器和倾角传感器分别与通信模块连接，通信模块与服务器通讯，通信模块将激光传感器测量的距离和倾角传感器测量的偏转角度传送到服务器，服务器根据距离和偏转角度获得隧道收敛值，这种高速铁路隧道收敛自动检测装置，实现了高速铁路隧道位移、收敛实时、快速、长期的监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及隧道工程测量
，特别涉及一种高速铁路隧道收敛自动检测装置及检测方法。
技术介绍
隧道施工及运营维护过程中，通过对隧道周边净空尺寸变化的测量，即对隧道周边收敛位移的测量，可以直观明确地判断隧道围岩或结构的稳定性，因此，收敛位移是隧道监测中的常规监测项目。高速铁路隧道收敛检测，目前主要采用人工的方式或者车载的方式，利用全站仪、激光传感器、CCD摄像头等工具，对隧道断面收敛情况进行监测，但其效率低，周期长，延迟大，已经不能满足对隧道结构状态实时监测的要求。车载方式时，主要在轨检车上车体断面焊接槽型框架结构，采用CCD摄像机、激光发射装置，在检测车行进过程中检测隧道断面情况，由于轨检车有限，每条线的监测周期一个月为一到两次，同样存在检测周期长，延迟大的问题，而且由于运动多普勒效应及车体本身的振动，降低了测量精度。随着高精度的传感器技术、通信技术的发展，构建自动、实时、长期的隧道收敛检测系统成为急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种高速铁路隧道收敛自动检测装置及检测方法，该自动监测装置解决了隧道收敛实时测量困难的问题。本专利技术提供了一种高速铁路隧道收敛自动检测装置，包括：激光靶、电源模块、机柜、激光传感器、倾角传感器、通信模块和服务器；机柜固定在隧道的内壁上，激光靶固定在隧道的内壁上，激光传感器固定在机柜内，激光传感器与倾角传感器固定连接，激光传感器、倾角传感器和通信模块分别与电源模块连接，激光传感器和倾角传感器分别与通信模块连接，通信模块与服务器通讯，激光传感器发射激光给激光靶，并接收激光靶反射回来的激光，测量激光传感器到激光靶之间的距离，倾角传感器测量激光传感器相对激光靶的偏转角度，通信模块将激光传感器测量的距离和倾角传感器测量的偏转角度传送到服务器，服务器根据距离和偏转角度获得隧道收敛值。进一步地，所述机柜包括第一机柜和第二机柜，第一机柜和第二机柜内均固定有至少一个激光头连接支架，第一机柜设置在隧道一侧的内壁上，第二机柜对称设置在隧道另一侧的内壁上，所述激光传感器包括：第一激光头、第二激光头和第三激光头，第一激光头和第二激光头分别通过激光头连接支架设置在第一机柜内，第三激光头通过激光头连接支架设置在第二机柜内，所述倾角传感器包括：第一倾角传感器、第二倾角传感器和第三倾角传感器，第一激光头和第一倾角传感器固定连接，第二激光头和第二倾角传感器固定连接，第三激光头和第三倾角传感器固定连接，所述激光靶包括：第一激光靶、第二激光靶和第三激光靶，第一激光靶和第三激光靶均固定在隧道的拱顶上，第二激光靶固定在隧道另一侧的内壁上。进一步地，所述第一激光靶和第三激光靶背靠背形成倒置的三角柱体，第二激光靶为平面激光靶，第一激光头正对第一激光靶设置，第二激光头正对第二激光靶设置，第三激光头正对第三激光靶设置。进一步地，其特征在于，所述电源模块包括：开关电源、蓄电池、蓄电池充电控制器和时间继电器，交流220V电通过开关电源转换为直流电给蓄电池充电控制器供电，蓄电池充电控制器给蓄电池充电或接收蓄电池的放电，蓄电池充电控制器通过时间继电器分别给激光传感器、倾角传感器和通信模块供电。进一步地，所述通信模块将激光传感器和倾角传感器测量的数据通过无线方式或有线方式传送到服务器。进一步地，所述有线方式为光缆或超五类双绞线，所述无线方式为无线2G网络、无线3G网络无线4G网络。一种高速铁路隧道收敛自动检测装置的检测方法，包括以下步骤：(1)定义特征点在安装调试过程中，调整激光传感器，分别使激光对准激光靶的靶心，激光靶的靶心坐标设为(0，0)、以及激光靶边缘的四个特征点，四个特征点的坐标设为(-x，0)、(x，0)、(0，-y)和(0，y)，利用激光传感器测量激光传感器距离激光靶靶心的距离及激光传感器距离激光靶边缘四个特征点的距离依次为r00、r-x0、rx0、r0-y和r0y、同时利用倾角传感器测量激光传感器相对激光靶的靶心及激光靶边缘四个特征点在X轴和Y轴上的偏转角度依次为(θx0,θy0)、(θx-x,θy0)、(θxx,θy0)、(θx0,θy-y)和(θx0,θyy)，激光靶的靶心及激光靶边缘的四个特征点用向量表示为R0(r00,θx0,θy0)、R-x(r-x0,θx-x,θy0)、Rx(rx0,θxx,θy0)、R-y(r0-y,θx0,θy-y)和R-y(r0y,θx0,θyy)；(2)定义初始收敛值Δr0安装调试完成后，利用激光传感器和倾角传感器测量安装调试完成后开始使用时激光传感器到激光靶的距离r0'及激光传感器相对激光靶在X轴和Y轴上的偏转角度(θx',θy')，用向量表示为R0'(r0',θx',θy')，定义其为初始值，并利用向量R0'在R0上的投影对距离r0'进行修正，修正后的值为r'＝R0'·R0/|R0|，r'与|R0|的差值Δr0为隧道初始收敛值，即Δr0＝R0'·R0/|R0|-|R0|；(3)隧道收敛值的实时检测激光传感器实时测量激光传感器到激光靶之间的距离r0，同时倾角传感器测量激光传感器相对激光靶在X轴和Y轴上的偏转角度(θx,θy)，用向量表示为R(r0,θx,θy)，且θx与θy满足条件θx-x＜θx＜θxx，θy-y＜θy＜θyy，通信模块将激光传感器测量的距离r0和倾角传感器测量的偏转角度(θx,θy)发送到服务器，服务器根据距离r0和偏转角度(θx,θy)，利用向量R在R0上的投影对距离r0进行修正，修正后的值为r＝R·R0/|R0|，那么，修正后隧道收敛变化量Δr为Δr＝(r-|R0|)-Δr0。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术在利用激光的单色相和相干性好、方向性强的特点实现高精度测量，同时加固装置和倾角传感器角度矫正保证了振动条件下的测量精度，有线/无线的数据通信方式，保证了数据能够及时传输到监控中心，实现了高速铁路隧道位移、收敛实时、快速、长期的监测，该自动监测装置解决了隧道收敛实时测量困难的问题，满足了高速铁路隧道位移、收敛实时、快速、长期、自动监测的需求。附图说明图1为本专利技术提供的一种高速铁路隧道收敛自动检测装置连接示意图。图2为本专利技术提供的一种高速铁路隧道收敛自动检测装置安装结构示意图。图3为本专利技术提供的一种高速铁路隧道收敛自动检测装置电源模块的结构示意图。图4为本专利技术提供的一种高速铁路隧道收敛自动检测装置的检测方法中的修正示意图。附图标记说明：1-激光靶，1-1-第一激光靶，1-2-第二激光靶，1-3-第三激光靶，2-电源模块，3-激光传感器，3-1-第一激光头，3-2-第二激光头，3-3-第三激光头，4-倾角传感器，4-1-第一倾角传感器，4-2-第二倾角传感器，4-3-第三倾角传感器，5-通信模块，6-服务器，7-1-第一机柜，7-2-第二机柜，8-蓄电池，9-蓄电池充电控制器，10-开关电源，11-时间继电器。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。如图1所示，本专利技术实施例提供的一种高速铁路隧道收敛自动检测装置，包括：激光靶1、电源模块2、机柜、激光传感器3、倾角传感器4、通信模块5和服务器6；机柜固定在隧道的内壁上，激光靶1固定在隧道的内壁上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速铁路隧道收敛自动检测装置，其特征在于，包括：激光靶、电源模块、机柜、激光传感器、倾角传感器、通信模块和服务器；机柜固定在隧道的内壁上，激光靶固定在隧道的内壁上，激光传感器固定在机柜内，激光传感器与倾角传感器固定连接，激光传感器、倾角传感器和通信模块分别与电源模块连接，激光传感器和倾角传感器分别与通信模块连接，通信模块与服务器通讯，激光传感器发射激光给激光靶，并接收激光靶反射回来的激光，测量激光传感器到激光靶之间的距离，倾角传感器测量激光传感器相对激光靶的偏转角度，通信模块将激光传感器测量的距离和倾角传感器测量的偏转角度传送到服务器，服务器根据距离和偏转角度获得隧道收敛值。

【技术特征摘要】
1.一种高速铁路隧道收敛自动检测装置，其特征在于，包括：激光靶、电源模块、机柜、激光传感器、倾角传感器、通信模块和服务器；机柜固定在隧道的内壁上，激光靶固定在隧道的内壁上，激光传感器固定在机柜内，激光传感器与倾角传感器固定连接，激光传感器、倾角传感器和通信模块分别与电源模块连接，激光传感器和倾角传感器分别与通信模块连接，通信模块与服务器通讯，激光传感器发射激光给激光靶，并接收激光靶反射回来的激光，测量激光传感器到激光靶之间的距离，倾角传感器测量激光传感器相对激光靶的偏转角度，通信模块将激光传感器测量的距离和倾角传感器测量的偏转角度传送到服务器，服务器根据距离和偏转角度获得隧道收敛值。2.如权利要求1所述的高速铁路隧道收敛自动检测装置，其特征在于，所述机柜包括第一机柜和第二机柜，第一机柜和第二机柜内均固定有至少一个激光头连接支架，第一机柜设置在隧道一侧的内壁上，第二机柜对称设置在隧道另一侧的内壁上，所述激光传感器包括：第一激光头、第二激光头和第三激光头，第一激光头和第二激光头分别通过激光头连接支架设置在第一机柜内，第三激光头通过激光头连接支架设置在第二机柜内，所述倾角传感器包括：第一倾角传感器、第二倾角传感器和第三倾角传感器，第一激光头和第一倾角传感器固定连接，第二激光头和第二倾角传感器固定连接，第三激光头和第三倾角传感器固定连接，所述激光靶包括：第一激光靶、第二激光靶和第三激光靶，第一激光靶和第三激光靶均固定在隧道的拱顶上，第二激光靶固定在隧道另一侧的内壁上。3.如权利要求2所述的高速铁路隧道收敛自动检测装置，其特征在于，所述第一激光靶和第三激光靶背靠背形成倒置的三角柱体，第二激光靶为平面激光靶，第一激光头正对第一激光靶设置，第二激光头正对第二激光靶设置，第三激光头正对第三激光靶设置。4.如权利要求1所述的高速铁路隧道收敛自动检测装置，其特征在于，所述电源模块包括：开关电源、蓄电池、蓄电池充电控制器和时间继电器，交流220V电通过开关电源转换为直流电给蓄电池充电控制器供电，蓄电池充电控制器给蓄电池充电或接收蓄电池的放电，蓄电池充电控制器通过时间继电器分别给激光传感器、倾角传感器和通信模块供电。5.如权利要求1所述的高速铁路隧道收敛自动检测装置，其特征在于，所述通信模块将激光传感器和倾角传感器测量的数据通过无线方式或有线方式传送到服务器。6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵维刚，杨勇，杜彦良，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：河北;13