超声波式多点位巷道表面位移监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种超声波式多点位巷道表面位移监测装置，包括装设在巷道左帮的一个分体式接收换能器R和一个发射换能器T、装设在巷道中顶位置的两个分体式发射换能器T和一个收发一体换能器RT、装设在巷道右帮的两个分体式接收换能器R，形成上三角左帮测线、中线顶底测线、上三角右帮测线和上三角水平测线；各分体收发换能器或一体换能器以四芯电缆沿巷帮敷设至监测主机，监测主机通过RS485或无线Zigbee与远程上位计算机接通；监测主机内置有与超声波发射/接收换能器连接的RT配对锁存模块、超声波测距模块、显示报警模块、数据存储与无线采集模块、远程数据传动模块和供电模块。本发明专利技术利用超声波测距原理，监测稳定。

【技术实现步骤摘要】
超声波式多点位巷道表面位移监测装置
本专利技术涉及井巷、隧道或硐室等岩体工程的支护效果及安全防塌监测领域，具体是一种超声波式多点位巷道表面位移监测装置，可用于井筒、矿山巷道、隧道等工程开挖空间的表面位移观测与监测。
技术介绍
矿山巷道、土工隧道及硐室等工程施工中，开挖空间表面的平上、平下、中左、中右四个表面位移观测是评定支护效果优劣、预警岩体坍塌的重要指标，是规程、规范限定的必检项目。目前，该参数的常规测试方法主要为人工十字挂线法和收敛计法，二者均为接触式量测，应用中耗时费力，通车及通风干扰频繁，结果误差大，采集周期长，不能实现实时监测，严重制约着安全管理与施工技术水平的提高。亦有极少数尝试摄影测量、激光测距等技术开展巷道表面位移监测案例，但测站装设费用极高，数据分析难度大，不适用大量测站的多点位量测。综上可见，矿山井巷、隧道的施工与维护中，急需一种成本低廉、可多点位自动监测位移的装置，对巷道表面收敛变形进行实时监测，以实现可靠支护和安全施工。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，利用超声波测距原理，提出了一种成本低廉、监测稳定的超声波式多点位巷道表面位移监测装置。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种超声波式多点位巷道表面位移监测装置，包括超声波发射/接收换能器、监测主机、上位计算机；超声波发射/接收换能器包括：装设在巷道左帮的一个分体式接收换能器R和一个发射换能器T，装设在巷道中顶位置的两个分体式发射换能器T和一个收发一体换能器RT，装设在巷道右帮的两个分体式接收换能器R，形成上三角左帮测线、中线顶底测线、上三角右帮测线和上三角水平测线；各分体收发换能器或一体换能器以四芯电缆沿巷帮敷设至监测主机，监测主机通过RS485或无线Zigbee与远程上位计算机接通；监测主机内置系统模块，包括：与超声波发射/接收换能器连接的RT配对锁存模块，超声波测距模块，显示报警模块，数据存储与无线采集模块，远程数据传动模块和供电模块。采用上述技术方案的本专利技术，与现有技术相比，具有以下优点：超声波发射/接收换能器与监测主机分体式安装，利于灵活设置测点；变革了监测断面的十字测线方法，左帮一发一收两个分体式换能器，中顶两个发射分体换能器、一个收发一体换能器，右帮两个接收换能器，可测量上三角边长位移变化及中线位置顶底位移变化，由几何学原理可解算出平上、平下、中左、中右四个基础位移分析参数；监测主机具有实时监测与显示、定期采集与存储等功能，可选择RS485或无线Zigbee来上传数据，采样频率可成倍增加，大幅降低了采集成本和人员变动造成的测量误差，应用范围广泛，为支护设计和安全预警提供了科学方法和重要依据。作为优选，本专利技术更进一步的技术方案是：超声波发射/接收换能器的安装组件包括：短锚杆、V型安装架、C型安装架、C型反射板，短锚杆以锚固剂固定于测量点钻孔内，V型安装架、C型安装架或C型反射板通过受压螺母与顶压螺母夹紧安装在短锚杆上，V型安装架两侧翼板上和C型安装架一端侧板上开设超声波换能器安装孔，分体式接收换能器R、发射换能器T以及一体换能器RT依次安装在V型安装架两侧翼板上或C型安装架一端侧板上。V型及C安装架、C型反射板以2-3mm厚不锈钢板冲压而成，安装时稍稍弯折面板以调整收发的入射角与反射角，确保接收信号可靠。V型及C型安装架冲压加工容易、安装方便、成本低廉，RT配对锁存模块包含发射端多路固态继电器T和接收端多路固态继电器R，发射端多路固态继电器T一端与分体式发射换能器T和收发一体换能器RT连接，接收端多路固态继电器R一端与分体式接收换能器R和收发一体换能器RT连接；发射端多路固态继电器T和接收端多路固态继电器R的另一端与超声波测距模块的发射接收转换电路连接。超声波测距模块包含单片机，单片机控制多路固态继电器的通断状态，对分体式收发换能器的配对选择接入。报警显示模块包含LCD屏和蜂鸣器，LCD屏实时显示监测数据。数据存储与无线采集模块配置有现场手持式信号采集器PDA，集中采集批量测线数据。报警显示模块可预定报警位移值，监测结果数据能在LCD屏实时显示，数据存储模块采用大容量SD卡缓存数据，并能以Zigbee方式与手持式信号采集器PDA现场连通上传数据，远程数据传送模块通过RS485连通远程上位计算机，实现对监测指标的在线分析。作为改进，系统可依据采样频率在自动进入休眠节电状态或唤醒测量状态交替，利于没有电源线接入的施工现场长期可靠监测位移数据。附图说明图1是本专利技术实施例的结构示意图；图2是监测主机系统模块框架图；图中所示，1、短锚杆；2、受压螺母；3、V型安装架；4、接收换能器R；5、顶压螺母；6、C型安装架；7、发射换能器T；8、收发一体换能器RT；9、监测主机；10、上位计算机；11、手持式信号采集器PDA；12、C型反射板；13、上三角左帮测线；14、中线顶底测线；15、上三角右帮测线；16、上三角水平测线；17、巷道轮廓线。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。参见图1，本实施例给出的超声波式多点位巷道表面位移监测装置，由超声波发射/接收换能器、监测主机9、上位计算机10三部分组成，超声波发射/接收换能器包括：装设在巷道左帮的一个分体式接收换能器R4和一个发射换能器T7，装设在巷道中顶位置的两个分体式发射换能器T7和一个收发一体换能器RT8，装设在巷道右帮的两个分体式接收换能器R4，形成上三角左帮测线13、中线顶底测线14、上三角右帮测线15和上三角水平测线16；各分体收发换能器或一体换能器以四芯电缆沿巷帮敷设至监测主机1，监测主机1通过RS485或无线Zigbee与远程上位计算机10接通。超声波发射/接收换能器的安装组件包括：短锚杆1、V型安装架3、C型安装架6、C型反射板12，短锚杆1以锚固剂固定于测量点钻孔内，V型安装架3、C型安装架6或C型反射板12通过受压螺母2与顶压螺母5夹紧安装在短锚杆1上，V型安装架3两侧翼板上和C型安装架6一端侧板上开设超声波换能器安装孔，分体式接收换能器R4、发射换能器T7以及一体换能器RT8依次安装在V型安装架3两侧翼板上或C型安装架6一端侧板上。安装时，事先在监测断面的预定位置打好钻孔，再以锚固剂固定4个短锚杆1，然后依次安装受压螺母2、V型安装架3、C型安装架6和顶压螺母5，V型安装架3、C型安装架6以2-3mm的不锈钢板折弯而成，中部开设锚杆孔，翼板开设超声波换能器孔，可微调安装翼板的弯折量以使保证收发信号稳定可靠。除中线顶底测线14外，上三角左帮测线13、上三角右帮测线15和上三角水平测线16的超声波接收换能器R4直接接收发射换能器T7的入射波，但后期数据分析处理时需要将中线顶底测线14的距离除以2，由上三角左帮测线13、中线顶底测线14、上三角水平测线16理论上解算出上三角形的中左、中右、平上三个基础位移分析参数，结合中线顶底测线14进而可得出平下的一个基础位移分析参数。参见图2，监测主机1内置系统模块，包括：与超声波发射/接收换能器连接的RT配对锁存模块，超声波测距模块，显示报警模块，数据存储与无线采集模块，远程数据传动模块和供电模块。系统具有按照设定频率自动启动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波式多点位巷道表面位移监测装置，包括超声波发射/接收换能器、监测主机、上位计算机，其特征在于：超声波发射/接收换能器包括：装设在巷道左帮的一个分体式接收换能器R和一个发射换能器T，装设在巷道中顶位置的两个分体式发射换能器T和一个收发一体换能器RT，装设在巷道右帮的两个分体式接收换能器R，形成上三角左帮测线、中线顶底测线、上三角右帮测线和上三角水平测线；各分体收发换能器或一体换能器以四芯电缆沿巷帮敷设至监测主机，监测主机通过RS485或无线Zigbee与远程上位计算机接通；监测主机内置系统模块，包括：与超声波发射/接收换能器连接的RT配对锁存模块，超声波测距模块，显示报警模块，数据存储与无线采集模块，远程数据传动模块和供电模块。

【技术特征摘要】
1.一种超声波式多点位巷道表面位移监测装置，包括超声波发射/接收换能器、监测主机、上位计算机，其特征在于：超声波发射/接收换能器包括：装设在巷道左帮的一个分体式接收换能器R和一个发射换能器T，装设在巷道中顶位置的两个分体式发射换能器T和一个收发一体换能器RT，装设在巷道右帮的两个分体式接收换能器R，形成上三角左帮测线、中线顶底测线、上三角右帮测线和上三角水平测线；各分体收发换能器或一体换能器以四芯电缆沿巷帮敷设至监测主机，监测主机通过RS485或无线Zigbee与远程上位计算机接通；监测主机内置系统模块，包括：与超声波发射/接收换能器连接的RT配对锁存模块，超声波测距模块，显示报警模块，数据存储与无线采集模块，远程数据传动模块和供电模块。2.根据权利要求1所述的超声波式多点位巷道表面位移监测装置，其特征在于：超声波发射/接收换能器的安装组件包括：短锚杆、V型安装架、C型安装架、C型反射板，短锚杆以锚固剂固定于测量点钻孔内，V型安装架、C型安装架和C型反射板通过受压螺母与顶压螺母夹紧安装在短锚杆上，V型安装架两侧翼板上和C型安装架一端侧板上开设超声波换能器安装孔，分体式接收换能器R安装在V型安装架两侧翼板...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建庄，李佳，刘红旗，耿清友，刘义生，李建民，李占金，孙光华，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：河北;13