一种基于mems传感器的综合轨道监测系统及轨道结构技术方案

本发明专利技术公开了一种基于mems传感器的综合轨道监测系统，包括mems加速度传感器模块、频率选择模块、模数转换模块和数据处理模块，并且模数转换组与所述数据处理模组之间通过系统总线电性连接；还包括轨道结构，该轨道结构包括轨枕和钢轨，在钢轨通过安装点位设有承托箱型板，在承托箱型板之间通过水平延展板连接，水平延展板上设有X型纵向星架，该X型纵向星架通过安装有mems加速度传感器获取监测信号；直接依附设置在钢轨上，本身的结构简单，而且能够克服现实环境中的影响因素，采用相应的保护结构，防止机械结构被损坏，从而实现数据的自动采集和处理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于mems传感器的综合轨道监测系统及轨道结构
本专利技术涉及轨道监测
，具体为一种基于mems传感器的综合轨道监测系统及轨道结构。
技术介绍
隧道施工特别是掘进过程会产生围岩扰动效应，从而引发隧道拱顶沉降和周边收敛，地表也会发生沉降和变形。在人口密集、建筑设施密布的城市中进行隧道施工时，由于周边建筑物及地下管线众多，隧道施工过程中产生的地层沉降易导致地表建构筑物倾斜，甚至开裂倒塌，存在很多风险隐患，事故频发。因此，隧道地表沉降变形监测已成为隧道信息化施工的重要组成部分，是及时了解隧道施工对地表的影响，进而有效控制隧道安全、保护地上建筑物的重要手段。传统的隧道地表沉降变形监测方法通常采用几何水准测量方法或三角高程测量方法，使用全站仪、水准仪和水准尺等测量仪器沿隧道开挖方向逐点、逐断面的测量。这种测量方法存在以下缺点：1)需要技术人员到现场人工测量，不仅现场操作繁复、耗时费力，而且人为因素对量测精度的影响较大；2)城市隧道通常沿主干公路线修建，路面交通繁忙，环境复杂，影响因素众多，测量场地狭窄，并且常常需要夜间实施外业测量，光线微弱，导致测量的可靠度和灵敏度不高；3)每个断面仅测量有限几个点位，很难准确反映整个断面的变形状态；4)通常采用文件管理和人工计算方式处理现场监测数据，无法实现数据库管理、共享和原始数据追溯，导致分析效率低下，数据真实性得不到保证。因此，传统监测方法已无法满足现代隧道施工及运营对自动化、信息化监控量测技术的需求。近年来，随着计算机、物联网及无线通讯技术的不断发展，隧道地表沉降监测正在实现人工测量到自动化监测的跨越。压阻式静力水准仪、自动全站仪及分布式光纤应变监测等自动化监测设备已被用于隧道地表沉降自动化监测项目中。但上述监测设备存在成本高、安装困难等缺点，在实际工程中很少应用。目前在国内轨道监测和预报系统的设备基本上是仍然沿用传统的、老式的设备，使得现有的震动监测有如下不便:1、重量大，体积大，不方便运输和存储。2、测量震动数值不精确。3、功耗大；一般达几十瓦以上。4、关键的拾震器机械构件容易损坏，怕冲击，怕碰撞，搬运和保养不易。5、对数据采集处理不便。
技术实现思路
为了克服现有技术方案的不足，本专利技术提供一种基于mems传感器的综合轨道监测系统及轨道结构，直接依附设置在钢轨上，本身的结构简单，而且能够克服现实环境中的影响因素，采用相应的保护结构，防止机械结构被损坏，从而实现数据的自动采集和处理，能有效的解决
技术介绍
提出的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于mems传感器的综合轨道监测系统，包括：安装在轨道内三轴向上的mems传感器模块，用于接收轨道上X、Y、Z三个方向的震动波信号；频率选择模块，所述频率选择模块与三轴向的mems加速度传感器模块电性连接，用于将接收的轨道震动波信号分解成所需频率信号；模数转换模块，所述模数转换模块与所述频率选择模块电性连接，用于将分解后的所需频率信号进行模数转换得到数字信号；数据处理模块，数据处理模块与所述模数转换模块电性连接，用于根据转换后得到的数字信号进行信息综合处理并将结果输出到服务器完成对监测数据的接受、存储和处理等功能；所述模数转换组与所述数据处理模组之间通过系统总线电性连接。作为本专利技术一种优选的技术方案，mems加速度传感器模块安装的具体方法为：步骤100、在轨道钢轨上同一监测点上以其中一条钢轨作为直角边，并以勾股的方式设置三个安装点位，在另外一条钢轨上以相同的方式设置三个安装点位，且两组安装点位之间的距离为0.5～1.5m；步骤200、在每个安装点位上将mems加速度传感器分别固定在附着板和触发杆上，并且将位于mems加速度传感器设置成十字交叉状；步骤300、将mems加速度传感器与监测系统集成箱之间通过信号线电性连接，且位于不同安装点位上的监测系统集成箱之间通过CAN总线电性连接。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述频率选择模块还包括各频带处理单元，用于将各个频带监测所需信号进行处理得到甚宽频带震动检测结果。作为本专利技术一种优选的技术方案，模数转换模块包括:至少一路的A/D转换模块，用于对所需信号进行模数转换；震动波采集分析应用单元，用于实现不同的震动监测方式及其选择，进而不同的监测功能。作为本专利技术一种优选的技术方案，数据处理模块包括:服务器在线完成变形监测数据的接收、存储、处理、分析、报警、可视化展现功能。另外，本专利技术还提供了一种轨道，包括轨枕和两根钢轨，两根所述钢轨均通过道钉固定在轨枕上，所述钢轨的侧剖面均呈U字型，且在钢轨上均有设有若干个安装点位，所述安装点位所在的钢轨上均固定安装有承托箱型板，在两个承托箱型板之间通过水平延展板连接，所述水平延展板的中心设有初级贯穿导孔，且在初级贯穿导孔内设有竖向基准杆，所述竖向基准杆上设有可沿着竖向基准杆上下滑动的X型纵向星架，在X型纵向星架上均通过竖向导杆连接有纵向导环，所述纵向导环和水平延展板之间设有环形的附着板。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述附着板上固定安装有呈十字交叉的mems加速度传感器，并且在附着板上安装有若干组垂直于附着板的触发杆，每根所述触发杆上也固定安装有mems加速度传感器，位于触发杆内侧的附着板上安装有监测系统集成箱，所述监测系统集成箱内设有相互独立的工作间。作为本专利技术一种优选的技术方案，在承托箱型板和水平延展板的连接处设有水平校正螺杆，所述水平延展板通过水平校正螺杆调平，在水平延展板的中心处呈圆环状安装有若干个水平仪。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述钢轨内侧均设有半弧形的上遮挡片，且在所述X型纵向星架端部均固定安装有与上遮挡片相互锲合的下贴合片，所述上遮挡片和下贴合片的接触面上刻有相互斜交的贴合纹，位于X型纵向星架同侧的两块下贴合片首尾之间通过横向导杆连接。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述安装点位两侧均设有阻隔挡板，且在两块阻隔挡板顶部之间通过蜂窝板连接，且在蜂窝板中心设有容纳X型纵向星架的环形星型槽，所述环形星型槽底部通过圆柱状的套筒封闭，所述套筒底部设有若干个次级贯穿导孔。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术利用mems加速度传感器技术、频率分配、计算机、通信、网络、自动控制等技术，将基坑监测系统纳入到统一的平台中，实现信息集成，形成以信息集成为核心，集数据采集、监测、控制、管理、预警于一体的网络化、信息化和智能化的综合系统。其目的旨在为各种震动监测数据，各种监测目标提供高自动化、高可靠性的集成监测平台，并提供一种开放式的、高可扩展性的具备功能动态配置、灵活重组特性的信息集成体系架构，实现功能与设备的分离、信息采集与信息使用的分离、数据与应用的分离，从而解除系统功能与设备紧耦合的绑定关系，消除当前日益严重的测震系统功能扩展与总体优化间的矛盾，达到震动监测网各分系统统一的目标；(2)该钢轨监测的优点在于，通过安装点位的U型结构，将监测系统平稳设置在钢轨之间，在不影响通行的同时能够快速准确的监测其各个方向的震动和形变位移，而且每次监测过程相对独立，在前次监测完成之后能够快速恢复至原来的状态，一直保持在最好的监测状态，与此同时监测装置能够与钢轨贴合，将任意变化均能传导至监测系统，从而达到既准确监测的目的，又能使得监测探本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于mems传感器的综合轨道监测系统，其特征在于，包括：安装在轨道内三轴向上的mems加速度传感器模块，用于接收轨道上X、Y、Z三个方向的震动波信号；频率选择模块，所述频率选择模块与三轴向的mems加速度传感器模块电性连接，用于将接收的轨道震动波信号分解成所需频率信号；模数转换模块，所述模数转换模块与所述频率选择模块电性连接，用于将分解后的所需频率信号进行模数转换得到数字信号；数据处理模块，数据处理模块与所述模数转换模块电性连接，用于根据转换后得到的数字信号进行信息综合处理并将结果输出到服务器完成对监测数据的接受、存储和处理等功能；所述模数转换组与所述数据处理模组之间通过系统总线电性连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于mems传感器的综合轨道监测系统，其特征在于，包括：安装在轨道内三轴向上的mems加速度传感器模块，用于接收轨道上X、Y、Z三个方向的震动波信号；频率选择模块，所述频率选择模块与三轴向的mems加速度传感器模块电性连接，用于将接收的轨道震动波信号分解成所需频率信号；模数转换模块，所述模数转换模块与所述频率选择模块电性连接，用于将分解后的所需频率信号进行模数转换得到数字信号；数据处理模块，数据处理模块与所述模数转换模块电性连接，用于根据转换后得到的数字信号进行信息综合处理并将结果输出到服务器完成对监测数据的接受、存储和处理等功能；所述模数转换组与所述数据处理模组之间通过系统总线电性连接。2.根据权利要求1所述的一种基于mems传感器的综合轨道监测系统，其特征在于：mems加速度传感器模块安装的具体方法为：步骤100、在轨道钢轨上同一监测点上以其中一条钢轨作为直角边，并以勾股的方式设置三个安装点位，在另外一条钢轨上以相同的方式设置三个安装点位，且两组安装点位之间的距离为0.5～1.5m；步骤200、在每个安装点位上将mems加速度传感器分别固定在附着板和触发杆上，并且将位于mems加速度传感器设置成十字交叉状；步骤300、将mems加速度传感器与监测系统集成箱之间通过信号线电性连接，且位于不同安装点位上的监测系统集成箱之间通过CAN总线电性连接。3.根据权利要求1所述的一种基于mems传感器的综合轨道监测系统，其特征在于，所述频率选择模块还包括各频带处理单元，用于将各个频带监测所需信号进行处理得到甚宽频带震动检测结果。4.根据权利要求1所述的一种基于mems传感器的综合轨道监测系统，其特征在于，模数转换模块包括:至少一路的A/D转换模块，用于对所需信号进行模数转换；震动波采集分析应用单元，用于实现不同的震动监测方式及其选择，进而不同的监测功能。5.根据权利要求1所述的一种基于mems传感器的综合轨道监测系统，其特征在于，数据处理模块包括:服务器在线完成变形监测数据的接收、存储、处理、分析、报警、可视化展现功能。6.一种轨道，包括轨枕(1)和两根钢轨(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟达，彭凯贝，郑梦雨，高文生，王涛，罗虎，马飞，冯文晨，
申请(专利权)人：建研地基基础工程有限责任公司，北京雷雨达科技有限公司，北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11