基于毫米波传感器的隧道管片错台检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于毫米波传感器的隧道管片错台检测装置及检测方法。检测装置包括转轴，转轴上安装有第一毫米波雷达测距传感器、第二毫米波雷达测距传感器；第一毫米波雷达测距传感器、第二毫米波雷达测距传感器交替设置；当转轴位于第一转动位置且轨道车辆位于第一管片区段时，K1个第一毫米波雷达测距传感器的天线波束中心分别与该第一管片区段中位于轨道上方的K1个第一接缝对准；当转轴位于第二转动位置且轨道车辆位于第二管片区段时，K2个第二毫米波雷达测距传感器的天线波束中心分别与该第二管片区段中位于轨道上方的K2个第二接缝对准。本发明专利技术利用毫米波雷达高精度高分辨率的优势达到精确检测的目的，可实时一次性检测，检测效率高。

Detection device and method of tunnel segment dislocation based on millimeter wave sensor

【技术实现步骤摘要】
基于毫米波传感器的隧道管片错台检测装置及检测方法
本专利技术涉及一种隧道轮廓变形检测系统方法与装置，尤其涉及一种基于智能毫米波雷达的隧道轮廓变形检测系统方法与装置。
技术介绍
如图1所示，对于由管片拼接而成的隧道，管片接缝位置经常存在错台问题，因此需要对管片接缝位置进行检测。对于管片接缝位置的检测，现有技术中一般采用轮廓变形检测的方式，即一般采用三维激光扫描和图像视觉技术，设备成本昂贵；抗干扰性差，获取的图像和点云数据易受隧道恶劣环境干扰，需要人工进行图像和数据的拟合拼接，系统稳定性和鲁棒性欠缺；需要在隧道壁上安装反射标靶，需要大量的人力进行检测，便利性和检测效率欠缺。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是针对现有隧道管片接缝位置检测中三维激光扫描、图像检测技术易受隧道恶劣环境干扰、检测效率的问题，提供一种基于毫米波雷达的隧道轮廓变形检测方法与装置。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于毫米波传感器的隧道管片错台检测装置，在隧道长度方向上交替设置有第一管片区段、第二管片区段；定义第一管片区段中相邻管片之间的接缝为第一接缝；定义第二管片区段中相邻管片之间的接缝为第二接缝；每个第一管片区段内，位于轨道上方的第一接缝的个数为K1；每个第二管片区段内，位于轨道上方的第二接缝的个数为K2；所述第一接缝与第二接缝相互错开且均在隧道长度方向上设置；隧道内沿隧道长度方向上设置有轨道，所述轨道上设置有轨道车辆；所述检测装置包括设置于轨道车辆上且在隧道长度方向上设置的转轴，所述转轴上安装有K1个第一毫米波雷达测距传感器、K2个第二毫米波雷达测距传感器；围绕转轴方向上，相邻的两个第一毫米波雷达测距传感器之间均设置有第二毫米波雷达测距传感器，且相邻的两个第二毫米波雷达测距传感器之间均设置有第一毫米波雷达测距传感器；所述转轴具有第一转动位置，当所述转轴位于第一转动位置且轨道车辆位于第一管片区段时，K1个第一毫米波雷达测距传感器的天线波束中心分别与该第一管片区段中位于轨道上方的K1个第一接缝对准；所述转轴还具有第二转动位置，当所述转轴位于第二转动位置且轨道车辆位于第二管片区段时，K2个第二毫米波雷达测距传感器的天线波束中心分别与该第二管片区段中位于轨道上方的K2个第二接缝对准。本专利技术采用的毫米波雷达测距传感器与光学和红外相比，不受目标物体形状颜色的干扰，因而具有稳定的探测性能、环境适应性好、受外界环境的变化的影响小、测量速度快、测量精度高的优点。另外，申请人在研究时发现，采用错缝形式对管片进行拼接的隧道中，由于第一管片区段中的各个第一接缝、第二管片区段中的各个第二接缝的位置在隧道内周的布置可能存在差别，对第一管片区段的各个第一接缝进行检测的测距传感器无法直接应用于检测第二管片区段中的各个第二接缝，如果在轨道车辆行驶中不断调整各个测距传感器之间的相对角度，则为了不影响检测，轨道车辆只能在较低的速度下行驶而无法提高速度，而且操作复杂，可能会带来较多测量误差而影响对错台的检测。本专利技术中，利用第一毫米波雷达测距传感器、第二毫米波雷达测距传感器分别对第一管片区段中的第一接缝、第二管片区段中的第二接缝进行检测，当从第一管片区段行驶到第二管片区段，或从第二管片区段行驶到第一管片区段时，仅需对转轴进行转动，而无需对所有毫米波雷达测距传感器的角度进行调整。由于调整方便，且毫米波雷达传感器测量速度快，因此无需将轨道车辆行驶速度限制为较低的值，因此可以提高检测速度。每个毫米波雷达传感器的天线波束可具有一定的检测角度。因此可检测接缝及接缝两侧的两个管片与转轴之间的距离，从而根据距离曲线是否出现突变即可确定是否出现错台。进一步地，隧道断面为圆形，所述转轴在隧道断面上的投影位于所述圆形的圆心。通过上述设置，使得对测距曲线的处理较为容易，更容易判断是否出现错台。进一步地，所述第一毫米波雷达测距传感器、第二毫米波雷达测距传感器的测量精度均不大于0.1mm、测量分辨率均不大于1mm。进一步地，所述第一毫米波雷达测距传感器、第二毫米波雷达测距传感器的探测视角范围均不小于1°。本专利技术还提供一种利用上述隧道管片错台检测装置的隧道管片错台检测方法，所述隧道管片错台检测方法包括：当轨道车辆位于每个第一管片区段时，令转轴转动到第一转动位置，采集第一毫米波雷达测距传感器的测量数据，根据第一毫米波雷达测距传感器的测量数据判断第一管片区段中是否存在管片错台；当轨道车辆位于每个第二管片区段时，令转轴转动到第二转动位置，采集第二毫米波雷达测距传感器的测量数据，根据第二毫米波雷达测距传感器的测量数据判断第一管片区段中是否存在管片错台。上述技术方案中，所述转轴具有用于表示转轴转动位置的角度刻度；当转轴位于第一转动位置时，转轴位于角度刻度θ0的位置；所述第一转动位置与第二转动位置为同一个位置。上述技术方案中，定义△θ为偏移角度；所述隧道管片错台检测方法还包括：当轨道车辆位于每个第一管片区段时，令转轴转动经过的角度刻度区间至少包括[θ0-△θ、θ0+△θ]，采集第一毫米波雷达测距传感器的测量数据，根据第一毫米波雷达测距传感器的测量数据判断第一管片区段中是否存在管片错台；当轨道车辆位于每个第二管片区段时，令转轴转动经过的角度刻度区间至少包括[θ0-△θ、θ0+△θ]，采集第二毫米波雷达测距传感器的测量数据，根据第二毫米波雷达测距传感器的测量数据判断第一管片区段中是否存在管片错台；本专利技术中，在每个第一管片区段、第二管片区段中均令转轴转动经过角度刻度区间[θ0-△θ、θ0+△θ]，从而可以扩大毫米波雷达测距传感器的测量范围。即使因管片安装误差造成各个第一管片区段同一位置的第一接缝或各个第二管片区段同一位置的第二接缝的位置存在差别时，也可实现对各个接缝区域的检测。而且，通过检测管片上更多位置与转轴之间的距离，可以更容易地得出距离曲线的变化趋势，从而更为准确的判断错台的具体尺寸，也可得到导致发生错台的管片的倾斜位置等信息，便于后续采用相应措施。本专利技术中，通过令转轴在上述角度刻度区间内连续转动，从而随着轨道车辆行驶，通过各个毫米波雷达测距传感器可以获得隧道内壁与转轴距离的连续变化趋势。上述技术方案中，当轨道车辆位于每个第一管片区段时，转轴在转动时至少两次经过角度刻度区间[θ0-△θ、θ0+△θ]；当轨道车辆位于每个第二管片区段时，转轴在转动时至少两次经过角度刻度区间[θ0-△θ、θ0+△θ]。通过上述设置，使得转轴两次经过上述角度刻度区间时，可以避免仅一次经过该角度刻度区间时因测量误差造成的误判，使得测量更为准确。上述技术方案中，所述隧道管片错台检测方法还包括：在轨道车辆行驶过程中，第一毫米波雷达测距传感器1、第二毫米波雷达测距传感器2均连续进行测量，根据第一毫米波雷达测距传感器的测量数据、第二毫米波雷达测距传感器的测量数据判断隧道长度方向上第一管片区段与第二管片区段之间的接缝位置是否存本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于毫米波传感器的隧道管片错台检测装置，在隧道长度方向上交替设置有第一管片区段（10）、第二管片区段（20）；/n定义第一管片区段（10）中相邻管片之间的接缝为第一接缝（101）；/n定义第二管片区段（20）中相邻管片之间的接缝为第二接缝（201）；/n每个第一管片区段（10）内，位于轨道上方的第一接缝（101）的个数为K1；/n每个第二管片区段（20）内，位于轨道上方的第二接缝（201）的个数为K2；/n所述第一接缝（101）与第二接缝（201）相互错开且均在隧道长度方向上设置；/n隧道内沿隧道长度方向上设置有轨道（30），所述轨道（30）上设置有轨道车辆（40）；/n其特征在于，所述检测装置包括设置于轨道车辆（40）上且在隧道长度方向上设置的转轴（3），所述转轴（3）上安装有K1个第一毫米波雷达测距传感器（1）、K2个第二毫米波雷达测距传感器（2）；/n围绕转轴（3）方向上，相邻的两个第一毫米波雷达测距传感器（1）之间均设置有第二毫米波雷达测距传感器（2），且相邻的两个第二毫米波雷达测距传感器（2）之间均设置有第一毫米波雷达测距传感器（1）；/n所述转轴（3）具有第一转动位置，当所述转轴（3）位于第一转动位置且轨道车辆（40）位于第一管片区段（10）时，K1个第一毫米波雷达测距传感器（1）的天线波束中心分别与该第一管片区段（10）中位于轨道上方的K1个第一接缝（101）对准；/n所述转轴（3）还具有第二转动位置，当所述转轴（3）位于第二转动位置且轨道车辆（40）位于第二管片区段（20）时，K2个第二毫米波雷达测距传感器（2）的天线波束中心分别与该第二管片区段（20）中位于轨道上方的K2个第二接缝（201）对准。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波传感器的隧道管片错台检测装置，在隧道长度方向上交替设置有第一管片区段（10）、第二管片区段（20）；
定义第一管片区段（10）中相邻管片之间的接缝为第一接缝（101）；
定义第二管片区段（20）中相邻管片之间的接缝为第二接缝（201）；
每个第一管片区段（10）内，位于轨道上方的第一接缝（101）的个数为K1；
每个第二管片区段（20）内，位于轨道上方的第二接缝（201）的个数为K2；
所述第一接缝（101）与第二接缝（201）相互错开且均在隧道长度方向上设置；
隧道内沿隧道长度方向上设置有轨道（30），所述轨道（30）上设置有轨道车辆（40）；
其特征在于，所述检测装置包括设置于轨道车辆（40）上且在隧道长度方向上设置的转轴（3），所述转轴（3）上安装有K1个第一毫米波雷达测距传感器（1）、K2个第二毫米波雷达测距传感器（2）；
围绕转轴（3）方向上，相邻的两个第一毫米波雷达测距传感器（1）之间均设置有第二毫米波雷达测距传感器（2），且相邻的两个第二毫米波雷达测距传感器（2）之间均设置有第一毫米波雷达测距传感器（1）；
所述转轴（3）具有第一转动位置，当所述转轴（3）位于第一转动位置且轨道车辆（40）位于第一管片区段（10）时，K1个第一毫米波雷达测距传感器（1）的天线波束中心分别与该第一管片区段（10）中位于轨道上方的K1个第一接缝（101）对准；
所述转轴（3）还具有第二转动位置，当所述转轴（3）位于第二转动位置且轨道车辆（40）位于第二管片区段（20）时，K2个第二毫米波雷达测距传感器（2）的天线波束中心分别与该第二管片区段（20）中位于轨道上方的K2个第二接缝（201）对准。


2.根据权利要求1所述的隧道管片错台检测装置，其特征在于，隧道断面为圆形，所述转轴（3）在隧道断面上的投影位于所述圆形的圆心。


3.根据权利要求1所述的隧道管片错台检测装置，其特征在于，所述第一毫米波雷达测距传感器（1）、第二毫米波雷达测距传感器（2）的测量精度均不大于0.1mm、测量分辨率均不大于1mm。


4.根据权利要求1所述的隧道管片错台检测装置，其特征在于，所述第一毫米波雷达测距传感器（1）、第二毫米波雷达测距传感器（2）的探测视角范围均不小于1°。


5.一种利用权利要求1所述的隧道管片错台检测装置的隧道管片错台检测方法，其特征在于，所述隧道管片错台检测方法包括：
当轨道车辆（40）位于每个第一管片区段（10）时，令转轴（3）转动到第一转动位置，采集第一毫米波雷达测距传感器（1）的测量数据，根据第一毫米波雷达测距传感器（1）的测量数据判断第一管片区段...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚亚军，
申请(专利权)人：长沙瑞感电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43