一种基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统，包括布设于隧道衬砌内壁的超声波雷达、安装于超声波雷达外表面的带网孔金属罩、位于超声波发射范围内的至少一个声波定位装置，所述超声波雷达包括三个传感器探头、控制模块，所述控制模块与所述三个传感器探头分别连接；所述声波定位装置包括至少一个反射镜片。本发明专利技术还公开了一种基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测方法。本发明专利技术基于超声波进行监测，不受隧道内恶劣工作环境和光线程度的影响，在保证监测精度的同时，可保障监测工作的长期开展，一台超声波雷达可配合多个监测断面上的多个声波定位装置使用，有效降低监测成本。监测成本。监测成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统及方法


[0001]本专利技术属于隧道工程监测
，更具体地，涉及一种基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统及方法。

技术介绍

[0002]隧道在运营阶段会受到各种结构病害的影响，如果不加以监测和控制，不仅会造成经济损失，严重的甚至会带来生命财产损失。其中，隧道结构收敛变形是最直观的风险表现类型，也是结构病害发生、发展的来源之一。因此，对结构收敛变形的监测是隧道健康运营的重点关注内容之一。
[0003]常规的隧道收敛变形监测方法主要有点式直接测量法、全站仪测量法、三维激光扫描技术。对于密闭型隧道而言，采用上述收敛变形监测方法，首先要求测量环境粉尘含量低和隧道内照明质量好，否则测量精度难以保证；其次，若想完成对隧道结构收敛变形的全面反映，需间隔性地密集布设大量监测断面，现有方法虽在技术上可行，但需要大量人工成本；最后，由于对隧道收敛变形的监测是一个长期、稳定的过程，而目前的监测方法中点式直接测量法、全站仪测量法均难以做到长期性监测，激光扫描方法由于受隧道内环境影响大，难以做到持续稳定地准确测量。由此可见，关于隧道收敛变形的长期监测，目前的方法仍有一定的局限性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种可实时、不受干扰地获取隧道结构的收敛变形情况的隧道结构收敛长期监测系统及方法。
[0005]为了实现上述目的，按照本专利技术一个方面，提供一种基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统，包括布设于隧道衬砌内壁的超声波雷达、安装于所述超声波雷达外表面的带网孔金属罩、位于超声波发射范围内的至少一个声波定位装置；
[0006]所述超声波雷达包括至少一个传感器探头以及控制模块，所述传感器探头用于发射和接收超声波信号，所述控制模块，与所述传感器探头分别连接，用于控制所述传感器探头发射和接收超声波信号；
[0007]所述声波定位装置包括至少一个反射镜片，所述反射镜片与传感器探头相匹配设置，用于反射超声波信号；
[0008]所述超声波雷达包括超声波发射电路和超声波接收电路，超声波发射电路的输出端与所述传感器探头连接，该传感器探头与所述反射镜片之间双向光路连接，且所述传感器探头输出端与超声波接收电路连接，超声波接收电路的输出端与控制模块的输入端连接，而控制模块的输出端与超声波发射电路连接，共同构成闭合电路，所述控制模块控制传感器探头发射超声波，并接收被反射镜片反射回来的超声波，所述控制模块计时并处理获得隧道结构收敛变形结果。
[0009]进一步地，所述系统还包括支撑底座，所述支撑底座布设于隧道衬砌内壁，所述超
声波雷达安装于该支撑底座上。
[0010]进一步地，所述声波定位装置还包括工业海绵及粘贴胶片，所述反射镜片安装于该工业海绵表面，所述工业海绵通过粘贴胶片固定于隧道衬砌内壁。
[0011]进一步的，所述控制模块包括温度补偿单元。
[0012]进一步的，所述超声波雷达还包括LED显示屏，其与所述控制模块连接，用于显示隧道收敛变形结果。
[0013]进一步的，所述超声波雷达还包括WIFI信号接收器，其与所述控制模块连接，用于对隧道收敛变形结果进行远距离传输。
[0014]按照本专利技术另一个方面，还提供一种基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测方法，应用所述的基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统实现，包括如下步骤：
[0015]S100：对所监测的盾构隧道段进行现场勘察，根据监测等级确定相应的监测项目、监测断面与监测点；
[0016]S200：在隧道衬砌内壁监测断面布设超声波雷达，在超声波发射范围内布设声波定位装置；
[0017]S300：测试超声波雷达工作性能，确定超声波雷达能正常工作后，在超声波雷达表面安装带网孔金属罩；
[0018]S400：在超声波雷达中设定接收超声波信号的强度阈值，传感器探头向声波定位装置方向发射超声波，并接收达到强度阈值的反射波，控制模块根据超声波传输信息计算得到隧道结构收敛变形结果。
[0019]进一步地，步骤S200具体包括如下步骤：
[0020]S201.在步骤S100确定的监测断面中，根据监测断面间隔距离以及超声波雷达监测范围选取监测断面布设超声波雷达；
[0021]S202.在步骤S100确定的每个监测断面上布设声波定位装置。
[0022]进一步地，步骤S400具体包括如下步骤：
[0023]S401.在超声波雷达中设定接收超声波信号的强度阈值；
[0024]S402.传感器探头向声波定位装置方向发射超声波，接收达到强度阈值的反射波并计时，控制模块根据超声波发射到接收所经历的时间，结合声波传播速度转化成距离，得到传感器探头与反射镜片之间的距离；
[0025]S403.重复S402，得到传感器探头与反射镜片之间新的距离，计算两次距离之间的变化量即为隧道结构收敛变形结果。
[0026]进一步地，所述方法还包括：S500：控制模块将隧道结构收敛变形结果传输到LED显示屏进行显示，并通过WIFI信号将隧道结构收敛变形结果传输到远程终端设备。
[0027]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0028]1.本专利技术基于超声波进行监测，超声波防水、防尘，不受隧道内恶劣工作环境和光线程度的影响，在保证监测精度的同时，可保障监测工作的长期开展。且采用收发一体型超声波传感器，减少了隧道中的布线需求。
[0029]2.本专利技术在超声波雷达表面安装带网孔金属罩，可防止因隧道结构中衬砌剥落等恶劣环境导致超声波雷达损毁和监测不准确的情况发生，保证了超声波雷达监测的长期稳
定性。
[0030]3.本专利技术将超声波雷达安装在支撑底座上，使其能够相对于隧道衬砌内壁固定不动，在隧道发生收敛变形过程中，超声波雷达能准确监测到隧道结构收敛变形情况。
[0031]4.本专利技术通过超声波雷达控制模块中设置的温度补偿电路，降低温度变化对超声波速度的影响，进而有效降低温度变化对监测结果的影响，提高了监测精度。
[0032]5.本专利技术一台超声波雷达可配合多个监测断面上的多个声波定位装置使用，且声波定位装置上可根据监测需要设置多个反射镜片作为监测点，有效降低了监测成本。
[0033]6.本专利技术提供的收敛变形监测方法，在求解过程不用考虑传感器探头与反射镜片的位置坐标与几何关系，因此相关监测的准备工作以及计算过程均非常方便简单。
[0034]7、本专利技术在声波定位装置中加入了吸波材料工业海绵，避免了不必要的超声波反射；并在超声波雷达中设定了接收超声波信号的强度阈值，避免了隧道衬砌内壁等其他障碍物反射超声波对反射镜片反射超声波造成的干扰和混淆，确保了检测的准确度。
附图说明
[0035]图1为本专利技术实施例一种基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统的布设示意图。
[0036]图2为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统，其特征在于，包括布设于隧道衬砌内壁的超声波雷达、安装于所述超声波雷达外表面的带网孔金属罩、位于超声波发射范围内的至少一个声波定位装置；所述超声波雷达包括至少一个传感器探头以及控制模块，所述传感器探头用于发射和接收超声波信号，所述控制模块，与所述传感器探头分别连接，用于控制所述传感器探头发射和接收超声波信号；所述声波定位装置包括至少一个反射镜片，所述反射镜片与传感器探头相匹配设置，用于反射超声波信号；所述超声波雷达包括超声波发射电路和超声波接收电路，超声波发射电路的输出端与所述传感器探头连接，该传感器探头与所述反射镜片之间双向光路连接，且所述传感器探头输出端与超声波接收电路连接，超声波接收电路的输出端与控制模块的输入端连接，而控制模块的输出端与超声波发射电路连接，共同构成闭合电路，所述控制模块控制传感器探头发射超声波，并接收被反射镜片反射回来的超声波，所述控制模块计时并处理获得隧道结构收敛变形结果。2.根据权利要求1所述的基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统，其特征在于，所述系统还包括支撑底座，所述支撑底座布设于隧道衬砌内壁，所述超声波雷达安装于该支撑底座上。3.根据权利要求1所述的基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统，其特征在于，所述声波定位装置还包括工业海绵及粘贴胶片，所述反射镜片安装于该工业海绵表面，所述工业海绵通过粘贴胶片固定于隧道衬砌内壁。4.根据权利要求1所述的基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统，其特征在于，所述控制模块包括温度补偿单元。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统，其特征在于，所述超声波雷达还包括LED显示屏，其与所述控制模块连接，用于显示隧道收敛变形结果。6.根据权利要求5所述的基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统，其特征在于，所述超声波雷达还包括WIFI信号接收器，其与所述控制模块连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱泽奇，冯韬，盛谦，陈国良，闵强强，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：