一種適用于地鐵盾構隧道的無線接縫位移測量系統技術方案

本發明專利技術涉及一種適用于地鐵盾構隧道的無線接縫位移測量系統，包括位移傳感器模塊、溫度補償模塊、微處理器模塊、無線收發模塊和上位機，通過位移傳感器模塊可以實時測量隧道接縫的寬度變化，通過濾波、抗干擾處理和溫度補償，去除地鐵振動噪聲和溫度的影響，使其達到高精度的測量要求；并且使用無線網絡進行數據傳輸，簡化了布線的要求，更加適合地下隧道復雜的環境，實現對隧道結構變化的準確、有效地實時監測。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術涉及一種適用于地鐵盾構隧道的無線接縫位移測量系統，包括位移傳感器模塊、溫度補償模塊、微處理器模塊、無線收發模塊和上位機，通過位移傳感器模塊可以實時測量隧道接縫的寬度變化，通過濾波、抗干擾處理和溫度補償，去除地鐵振動噪聲和溫度的影響，使其達到高精度的測量要求；并且使用無線網絡進行數據傳輸，簡化了布線的要求，更加適合地下隧道復雜的環境，實現對隧道結構變化的準確、有效地實時監測。【專利說明】一種適用于地鐵盾構隧道的無線接縫位移測量系統
本專利技術涉及一種隧道測量系統，尤其是涉及一種適用于地鐵盾構隧道的無線接縫位移測量系統。
技術介紹
隨著我國城鎮化的大力推進，地鐵作為一種運量大、速度快、安全、準點、保護環境、節約能源的交通方式，在我國得到快速發展，使城市交通狀況有了明顯改善。在城市地鐵大規模建設的同時，運營地鐵隧道的結構健康狀況也越來越受到社會的廣泛關注。由于施工缺陷、復雜地質條件、長期荷載、頻繁的列車振動、材料劣化等原因，運營地鐵隧道已呈現出比較嚴重的病害情況。由此，對于地鐵盾構隧道的結構健康監控尤顯重要。 地鐵盾構隧道是一種超長線狀結構，其監控種類多、分布分散，安裝空間狹小，這些為地鐵隧道的監控提出了更高的要求。無線傳感器網絡具有布局靈活、結構易變、生命力較強等特點，在地鐵隧道中具有良好的應用前景。管片接縫張開是伴隨隧道橫向收斂和縱向不均勻沉降而產生的重要病害，目前對其檢測以人工檢測為主，缺乏一種實時、有效、可靠的方法。將接縫寬度變化量的監測融入無線傳感網絡，是實現地鐵盾構隧道結構智慧化的重要一步。 【專利技術內容】 本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種適用于地鐵盾構隧道的無線接縫位移測量系統。 本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現: 一種適用于地鐵盾構隧道的無線接縫位移測量系統，包括: 位移傳感器模塊，設置于盾構隧道管片的接縫處，檢測接縫寬度的位移變化； 溫度補償模塊，設置于盾構隧道內，檢測環境溫度； 微處理器模塊，接收來自位移傳感器模塊的位移信息和溫度補償模塊的溫度信息，打包生成數據幀信號； 無線收發模塊，連接微處理器模塊，通過無線網絡傳輸數據幀信號； 上位機，連接無線收發模塊，接收數據幀信號，并根據溫度信息對位移信息進行補償換算，獲取準確的位移信息，當位移超過預警值時，進行自動報警。 所述的位移傳感器模塊包括多個采用軸承的連接方式固定的無線位移傳感器，該無線位移傳感器既可用于盾構隧道管片接縫張開量的測量，也可用于管片裂縫張開量的測量。 所述的無線收發模塊與上位機之間通過RS232串口連接，無線收發模塊通過RS232串口將接收到的數據幀信號傳送給上位機進行數據處理，上位機通過RS232串口發送控制命令給無線收發模塊，包括數據接收的開始與停止，接收周期的設置和串口的選擇。 所述的微處理器模塊在接收到來自位移傳感器模塊的位移信息后，進行A/D轉換和數字低通濾波。 所述的無線收發模塊包括無線接收節點和無線發送節點，經過上電初始化后，無線接收節點首先建立無線網絡，在建立網絡成功后，允許其它節點加入該無線網絡；無線發送節點在確定存在無線網絡之后，請求加入該無線網絡，成功加入網絡后，按照指定的時間周期性的將位移信息和溫度信息組成的數據幀信號發送給無線接收節點。 所述數據幀信號的數據結構包括: 數據頭字段:用于標定所述數據幀信號的起始； 節點編號字段:用于標定位移傳感器模塊內無線位移傳感器的編號； 數據字段:用于承載位移信息和溫度信息； 校驗字段:用于校驗發送數據是否正確； 數據尾字段:用于標定所述數據幀信號的結束。 與現有技術相比，本專利技術通過溫度傳感器對采集到的位移信息進行溫度補償、濾波和抗干擾處理，使其達到高精度的測量要求，并用無線網絡進行數據傳輸，實現對隧道結構變化的準確、有效地實時監測。 【專利附圖】【附圖說明】 圖1為位移傳感器模塊安裝結構示意圖； 圖2為本專利技術的總體結構示意圖； 圖3為本專利技術的程序流程圖。 【具體實施方式】 下面結合附圖和具體實施例對本專利技術進行詳細說明。 實施例 圖2示出了一種適用于地鐵盾構隧道的無線接縫位移測量系統，該系統包括位移傳感器模塊1、溫度補償模塊2、微處理器模塊3、無線收發模塊4和上位機5五個部分。 其中，位移傳感器模塊I包括多個采用軸承的連接方式固定的無線位移傳感器，設置在盾構隧道管片的接縫處(包括縱縫以及環縫)，既可用于盾構隧道管片接縫張開量的測量，也可用于管片裂縫張開量的測量，如圖2所示。無線位移傳感器的兩端采用軸承的方式錨固在接縫兩側的管片上，當接縫張開/壓縮時，帶動無線位移傳感器發生軸向拉伸/壓縮，從而輸出不同的電壓值。由于隧道接縫寬度的變化極其緩慢，因此要求無線位移傳感器量程小、精度高、長期穩定性能佳。本實例中，無線位移傳感器選用的是電位器式位移傳感器，量程10臟，精度0.01mm，輸出范圍O?5V。 溫度補償模塊2設置于盾構隧道內，采用高分辨率溫度傳感器，實時監測位移傳感器所在點的溫度，為上位機5實現對無線位移傳感器的溫度補償提供溫度信息。 微處理器模塊3連接位移傳感器模塊I和溫度補償模塊2，接收來自位移傳感器模塊的位移信息后對其進行A/D轉換，并且采用數字低通濾波的方法，去除地鐵運行產生的高頻振動噪聲，保證位移信息的準確性，然后與溫度信息打包，生成數據幀信號。該數據幀信號的數據結構包括: 數據頭字段:用于標定所述數據幀信號的起始； 節點編號字段:用于標定位移傳感器模塊內無線位移傳感器的編號； 數據字段:用于承載位移信息和溫度信息； 校驗字段:用于校驗發送數據是否正確； 數據尾字段:用于標定所述數據幀信號的結束。 而無線收發模塊4通過無線網絡將微處理器模塊3生成的數據幀信號發送至上位機5進行處理和顯示。該模塊無線接收節點41和無線發送節點42，無線發送節點42連接微處理器模塊3，而無線接收節點41通過RS232串口與上位機5進行連接。經過上電初始化后，無線接收節點首先建立無線網絡，在建立網絡成功后，允許其它節點加入該無線網絡；無線發送節點在確定存在無線網絡之后，請求加入該無線網絡，成功加入網絡后，按照指定的時間周期性的將位移信息和溫度信息組成的數據幀信號發送給無線接收節點。 上位機5與無線收發模塊4的無線接收節點41之間通過RS232串口連接，無線收發模塊4通過RS232串口將接收到的數據幀信號傳送給上位機進行數據處理，上位機通過RS232串口發送控制命令給無線收發模塊，包括數據接收的開始與停止，接收周期的設置和串口的選擇。上位機5在接收數據幀信號后，根據溫度信息對位移信息進行補償換算，獲取準確的位移信息，還可以實時繪制位移曲線、存儲數據等，當位移超過預警值時，可以進行自動報警，其整體程序流程如圖3所示。 本專利技術通過位移傳感器可以實時測量隧道接縫的寬度變化，通過濾波、抗干擾處理和溫度補償，去除地鐵振動噪聲和溫度的影響，使其達到高精度的測量要求；并且使用無線網絡進行數據傳輸，簡化了布線的要求，更加適合地下隧道復雜的環境，實現對隧道結構變化的準確、有效地實時監測。【權利要求】1.一種適用于地鐵盾構隧道的無線接縫本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種適用于地鐵盾構隧道的無線接縫位移測量系統，其特征在于，包括：位移傳感器模塊，設置于盾構隧道管片的接縫處，檢測接縫寬度的位移變化；溫度補償模塊，設置于盾構隧道內，檢測環境溫度；微處理器模塊，接收來自位移傳感器模塊的位移信息和溫度補償模塊的溫度信息，打包生成數據幀信號；無線收發模塊，連接微處理器模塊，通過無線網絡傳輸數據幀信號；上位機，連接無線收發模塊，接收數據幀信號，并根據溫度信息對位移信息進行補償換算，獲取準確的位移信息，當位移超過預警值時，進行自動報警。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃宏偉，何斌，王魁，文長輝，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：上海;31