專利名稱：路基分層垂直沉降與橫向位移自動監(jiān)測裝置及其監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種路基分層垂直沉降與橫向位移自動監(jiān)測裝置及其監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
高速行車是鐵路現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，而高速鐵路的列車動力作用遠大于普通鐵路，這對我國傳統(tǒng)鐵路設(shè)計、施工、檢測等提出了新的挑戰(zhàn)，特別對路基沉降變形的控制有了更高的要求，因此就需要對路基的沉降變形進行長期自動監(jiān)測，對不符合要求的路基要及時進行維護，并釆取不同施工方式來控制其沉降與變形量。所以，研究能夠快速準(zhǔn)確監(jiān)測路基沉降與變形的方法，并研制相應(yīng)裝置，對于高速鐵路路基鋪設(shè)和沉降監(jiān)測以及保證客運專線列車安全運行具有重要意義。
目前對于路基沉降變形的檢測主要采用監(jiān)測樁法、沉降水杯法、沉降板法、磁環(huán)沉降儀法、水力法、測傾法等。這些測量方法中，有些方法只能實現(xiàn)表面沉降檢測，無法測試路基內(nèi)部某一位置的沉降，如監(jiān)測樁法；有些方法只能在一定環(huán)境下使用，如水力法和沉降水杯法只能在不結(jié)冰的條件下使用；有些方法測量精度不高，如磁環(huán)沉降儀測量精度在10mm量級；有些方
法采用人工讀數(shù)，不能實現(xiàn)自動檢測，測量效率低、誤差大。此外，這些方法均只能實現(xiàn)單參數(shù)測量，且各點測量數(shù)據(jù)需要人工采集，不能實現(xiàn)遠程監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用激光測量技術(shù)實現(xiàn)路基分層垂直沉降與橫向位移同時自動監(jiān)測的裝置以及基于該裝置的自動監(jiān)測方法，解決目前使用的路基沉降變形的檢測方法測量精度低、測量深度淺、對測量環(huán)境要求高以及無法遠程監(jiān)測和無法自動監(jiān)測等問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是， 一種路基分層垂直沉降與橫向位移自動監(jiān)測裝置，包括測量定位單元、激光位移傳感單元、激光角度傳感單元、測量信號控制單
元801、測量數(shù)據(jù)傳送單元802、中央處理單元和電源模塊9，其特征是，所述測量定位單元由測斜管l、磁環(huán)2、測桿3、提拉裝置4、限位開關(guān)IO
組成；所述測斜管1和磁環(huán)2預(yù)先通過鉆孔方式埋入待測路基；測斜管l的管
壁兩側(cè)有導(dǎo)槽101;磁環(huán)2埋入路基下不同深度的觀測點位，用膨脹土封孔，
磁環(huán)2可與地層同步沉降；
所述提拉裝置4由電機401、繞盤402、滑輪403、電纜或者安全繩索404
組成；
所述測桿3由支撐桿301、上組導(dǎo)輪302、下組導(dǎo)輪303、鐵環(huán)304、定位傳感器305組成；所述定位傳感器305固定在支撐桿301上，可隨測桿3在測斜管1中移動；所述鐵環(huán)304與上組導(dǎo)輪302固定；上組導(dǎo)輪302和下組導(dǎo)輪303分別固定在支撐桿301上下兩端，保證測桿3在測斜管1內(nèi)位置居屮，并可沿導(dǎo)槽101滑動，且保證測桿3不會整體旋轉(zhuǎn)；
所述電纜或者安全繩索404連接測桿3上的鐵環(huán)304，并經(jīng)過滑輪403，
纏繞在繞盤402上，繞盤402由電機401帶動；當(dāng)電機401啟動時，提拉裝置4可帶動測桿3沿測斜管1內(nèi)的導(dǎo)槽101滑動；當(dāng)定位傳感器305到達磁環(huán)2的位置時與磁環(huán)2發(fā)生感應(yīng)，感應(yīng)信號通過電纜傳輸，并通過測量信號控制單元控制電機401停止，同時控制激光位移傳感單元和激光角度傳感單元進行位移測量和角度測量；限位開關(guān)10安裝在測斜管1孔口以下位置，鐵環(huán)304觸 碰到限位開關(guān)10，電機401將停止轉(zhuǎn)動；
所述激光位移傳感單元由激光測距傳感器5、反射板501組成；反射板501 固定在支撐桿301上，可隨測桿3在測斜管1中移動；激光測距傳感器5利用 機械卡具601安裝在固定支架6上；所述激光測距傳感器5發(fā)射的激光束通過 固定支架6上的通光孔發(fā)射到反射板501，由反射板501將激光束反射回去， 并通過通光孔由激光測距傳感器5接收。
所述激光角度傳感單元由激光測頭7和反射鏡703組成；所述反射鏡703 固定在支撐桿301上，可隨測桿3在測斜管中移動；所述激光測頭7由激光發(fā) 射器701和光電接收器702組成；激光測頭7安裝在固定支架6上；所述激光 器701和光電接收器702均固定在安裝盒602內(nèi)；所述激光器701發(fā)射的激光 通過安裝盒602內(nèi)的透明窗口發(fā)射到反射鏡703，由反射鏡703反射回去的激 光仍然通過透明窗口由光電接收器702接收；
所述測量信號控制單元801分別與測量定位單元、激光位移傳感單元和激 光角度傳感單元通過有線或者無線方式連接；用于檢測磁環(huán)位置感應(yīng)信號、控 制電機啟停、控制激光位移傳感單元和激光角度傳感單元進行測量；
所述測量數(shù)據(jù)傳輸單元802分別與激光位移傳感單元和激光角度傳感單元 通過有線或者無線方式連接，用于將激光位移傳感單元和激光角度傳感單元測 量所獲得的數(shù)據(jù)通過有線或者無線方式送入中央處理單元；
所述中央處理單元由測量數(shù)據(jù)接收模塊、計算處理單元、軟件處理系統(tǒng)、 顯示與存儲模塊四個順序連接的功能模塊組成；
所述電源模塊9用于為測量定位單元、激光位移傳感單元、激光角度傳感 單元、測量信號控制單元801與測量數(shù)據(jù)傳送單元802提供工作電流；
所述提拉裝置4中的電機401、固定支架6、測量信號控制單元801和測 量數(shù)據(jù)傳送單元802以及電源模塊9均固定安裝在支架11上，支架11安裝在測斜管1孔口以上的位置；地面上所有裝置用密封盒12密封保護。
'所述支撐桿301由不銹鋼加工而成。 所述激光器701采用半導(dǎo)體激光器。
所述光電接收器702采用PSD位置敏感探測器或者線陣CCD。 所述測斜管1孔口露出地面0.5米或者0.5米以上。
一種路基分層垂直沉降與橫向位移自動監(jiān)測方法，其特征是所述方法包括 下列步驟
步驟1:通過鉆孔方式在路基下埋設(shè)測斜管1，并在不同深度的觀測點位
埋設(shè)磁環(huán)2，用膨脹土封孔，使磁環(huán)2和地層同步沉降，將最靠近孔底的磁環(huán) 記為第一觀測點；
步驟2:將激光測距傳感器5與激光測頭7安裝在固定支架6上，將測桿 3送入測斜管1中，調(diào)整激光測距傳感器5與激光測頭7的各自位置，保證測 桿3在測斜管1中移動的全過程中，激光測距傳感器5與激光測頭7發(fā)射的激 光光線都能分別照射在反射板501與反射鏡703上，且返回的光線分別被激光 測距傳感器5和光電接收器702接收；
步驟3:啟動自動監(jiān)測裝置，提拉裝置4將帶動測桿3由測斜管1的底部 向頂部緩慢運動；
步驟4:當(dāng)定位傳感器305檢測到磁環(huán)2位置感應(yīng)信號時，由測量信號控 制單元801控制電機401停轉(zhuǎn)；
步驟5:測量信號控制單元801控制激光位移傳感單元進行測量，測得位 移數(shù)據(jù)；
步驟6:通過測量數(shù)據(jù)傳送單元S02將測得的位移數(shù)據(jù)傳送給中央處理單
元；
步驟7:測量信號控制單元801控制激光角度傳感單元進行測量，測得角 度數(shù)據(jù)；傳送單元802將測得的角度數(shù)據(jù)傳送給中央處理單
元；
步驟9:電機401在等待設(shè)定時間之后，測量信號控制單元801將控制電 機401重新啟動，測桿3繼續(xù)在測斜管1中向頂部移動，到達下一個磁環(huán)位置 時，重復(fù)步驟4至步驟9;
步驟10:當(dāng)測桿3碰到測斜管口 l處的限位開關(guān)10，電機401停止轉(zhuǎn)動， 所有測點的測量全部結(jié)束，記為一次測量；中央處理單元對所接收的各觀測點 的位移和角度測量數(shù)據(jù)進行處理，以獲得路基分層垂直沉降與橫向位移參數(shù)； 其中，各觀測點每次測量的位移值與前次測量位移值相減即為各觀測點的垂直
沉降量；各觀測點的橫向位移量可由L,.tg《計算得出，其中L,為激光位移傳感
單元測得的第i'個觀測點的位移值與第一觀測點的位移值之差，《.為激光角度
傳感單元測得的第/個觀測點的角度測量值與第一觀測點的角度測量值之差。
本發(fā)明的效果在于，將激光測量技術(shù)應(yīng)用于路基分層垂直沉降與橫向位移 的監(jiān)測中，提高了測量的精度；裝置可根據(jù)測量深度的需要進行設(shè)定，提高了 測量的深度；能夠適應(yīng)不同工作環(huán)境的需要；同時對路基分層垂直沉降與橫向 位移能夠?qū)崿F(xiàn)遠程自動化監(jiān)測，無須人工參與，提高了測量的效率。


圖l是測量定位單元示意圖。 圖2是測桿示意圖。
圖3是路基分層垂直沉降與橫向位移同時自動監(jiān)測裝置的組成示意圖。 圖4是中央處理單元的組成示意圖。
圖5是路基分層垂直沉降與橫向位移自動監(jiān)測方法的流程圖。
10
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅 僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
圖1是測量定位單元示意圖。圖1中，測量定位單元由測斜管1、磁環(huán)2、 測桿3、提拉裝置4、限位開關(guān)10組成。測斜管1和磁環(huán)2預(yù)先通過鉆孔方式 埋入待測路基，磁環(huán)2將埋入路基下不同深度的各觀測點位，用膨脹土封孔，
磁環(huán)將與地層同步沉降。
提拉裝置4由電機401、繞盤402、滑輪403、電纜或者安全繩索404組成。 電纜連接測桿3上的鐵環(huán)304，并經(jīng)過滑輪403，纏繞在繞盤402上，繞盤402 由電機401帶動。當(dāng)電機401啟動時，提拉裝置4可帶動測桿3沿測斜管1內(nèi) 的導(dǎo)槽101滑動。限位開關(guān)IO安裝在測斜管1孔口以下位置，當(dāng)鐵環(huán)304觸 碰到限位開關(guān)10，電機401將停止轉(zhuǎn)動。
圖2是測桿示意圖。圖2中，測桿3由支撐桿301、上組導(dǎo)輪302、下組 導(dǎo)輪303、鐵環(huán)304和定位傳感器305組成。兩組導(dǎo)輪302、 303分別在上、下 兩端與支撐桿301固定，鐵環(huán)304與上組導(dǎo)輪302固定，可連接電纜或者安全 繩索404以便拉動測桿3。定位傳感器305固定在支撐桿301上，可隨測桿3 移動。
當(dāng)電機401啟動時，提拉裝置4可帶動測桿3沿測斜管1內(nèi)的導(dǎo)槽101滑 動；當(dāng)定位傳感器305到達磁環(huán)2的位置時與磁環(huán)2發(fā)生感應(yīng)，感應(yīng)信號通過 電纜傳輸，并通過測量信號控制單元控制電機401停止，同時控制激光位移傳 感單元和激光角度傳感單元進行位移測量和角度測量。如果提拉裝置4采用安 全繩索404，則需要另外提供電纜用以將傳送定位傳感器305的信號傳送到測 量信號控制單元。
圖3是路基分層垂直沉降與橫向位移同時自動監(jiān)測裝置的組成示意圖。圖 3中，激光位移傳感單元由激光測距傳感器5、反射板501組成。反射板501
11固定在支撐桿301上，可隨測桿3在測斜管中移動。激光測距傳感器5利用機 械卡具601并通過螺紋連接等方式安裝在固定支架6上，激光束通過固定支架 6上的通光孔發(fā)射并接收。
所述激光角度傳感單元由激光測頭7和反射鏡307組成，反射鏡固定在支 撐桿301上，隨測桿3在測斜管中移動。激光測頭7由激光發(fā)射器701、光電 接收器702組成，該激光測頭7通過螺紋連接等方式安裝在固定支架6上。激 光器701、光電接收器702均固定在安裝盒602內(nèi)，激光器701可以選用半導(dǎo) 休激光器等多種類型的激光器，它發(fā)射的激光通過安裝盒602內(nèi)的透明窗口發(fā) 射出來，由反射鏡307反射回去的激光仍然通過透明窗口由光電接收器702接 收，光電接收器702可選擇PSD位置敏感探測器或者線陣CCD。
測量信號控制單元801檢測磁環(huán)位置感應(yīng)信號，控制電機啟停、控制激 光位移傳感單元進行測量、控制激光角度傳感單元進行測量。測量數(shù)據(jù)傳送 單元802可以以有線或者無線方式傳送所測量的數(shù)據(jù)。由激光位移傳感單元 和激光角度傳感單元所接收到測量信號的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)傳送單元802送入中央 處理單元，獲得路基分層垂直沉降位移參數(shù)和橫向位移參數(shù)。
圖4是中央處理單元的組成示意圖。圖4中，中央處理單元主要由測量數(shù) 據(jù)接收模塊、計算處理單元、軟件處理系統(tǒng)、顯示與存儲四個功能模塊組成。 這四個功能模塊順序連接。
電源模塊9用于將線路邊提供的交流或直流電壓通過變換等處理得到穩(wěn)壓 電壓，提供給上述的測量定位單元、激光位移傳感單元、激光角度傳感單元、 測量信號控制與測量數(shù)據(jù)傳送單元。
提拉裝置4中的電機401、固定支架6、測量信號控制單元801和測量數(shù) 據(jù)傳送單元802以及電源模塊9均固定安裝在支架11上，支架11安裝在測 斜管1孔口以上位置。測斜管1孔口露出地面0.5米以上，地面上所有裝置 用密封盒12密封保護。圖5是路基分層垂直沉降與橫向位移同時自動監(jiān)測方法的流程圖。圖5中， 路基分層垂直沉降與橫向位移可以同時進行自動監(jiān)測。該方法的具體實施步驟 是
步驟l:每段測斜管1的外部按照預(yù)定測點深度的位置安裝磁環(huán)2，最底 端的管口做封堵處理，以防泥沙堵塞。通過鉆孔方式，將每段測斜管逐根放入 孔內(nèi)后，在地表管口處施加壓力，使孔底部的管頭插入土層中。用膨脹土封孔， 以便磁環(huán)2和地層同歩沉降，將最靠近孔底的磁環(huán)記為第一觀測點。
歩驟2:將所述激光位移傳感單元的激光測距傳感器5和激光角度傳感單
元的激光測頭7利用機械卡具601并通過螺紋連接等方式安裝在固定支架6上。 將提拉裝置4中的電機401、固定支架6、測量信號控制單元801與測量數(shù)據(jù) 傳送單元802以及電源模塊9固定安裝在支架11上，支架11安裝在測斜管1 孔口以上位置。
將電纜或者安全繩索404 —端與繞盤402連接好，并使其繞過滑輪403， 將電纜或者安全繩索404另一端與鐵環(huán)304卡緊，保證在提拉過程中不損壞電 纜與定位傳感器305的接頭部分。將測桿3平穩(wěn)垂直送入測斜管，由提拉裝置 4帶動測桿3沿測斜管導(dǎo)槽101滑動。
調(diào)整激光測距傳感器5和激光測頭7的位置，保證各自發(fā)射的激光光線在 測桿3從測斜管底部移動到測斜管頂部的全過程中，都能照射在反射板501和 反射鏡703上，且返回的光線能夠被上述激光測距傳感器和激光測頭接收到。
步驟3:測量時，提拉裝置4帶動測桿3由測斜管底部向頂部緩慢運動。
步驟4:測桿3上的定位傳感器305到達磁環(huán)2位置時，測量信號控制單 元801控制電機401停轉(zhuǎn)。
步驟5:測量信號控制單元801控制激光位移傳感單元的激光測距傳感器 5發(fā)射激光，照射到反射板501后反射回激光測距傳感器5，完成該點位激光 測距工作。
13步驟6:測量數(shù)據(jù)傳送單元802將位移測量值傳送到中央處理單元保存并 等待處理。
步驟7:測量信號控制單元801控制激光角度傳感單元的激光發(fā)射器701 發(fā)射激光，照射到反射鏡703后返回并由光電接收器702接收，完成該點位激 光測角工作。
步驟8:測量數(shù)據(jù)傳送單元802將角度測量值傳送到中央處理單元保存并 等待處理。
步驟9:電機在等待設(shè)定時長，例如30秒過后，測量信號控制單元801 將控制電機401重新啟動，測桿3將繼續(xù)在測斜管中向頂部移動，測桿在到達 下一個磁環(huán)位置時，重復(fù)步驟4至步驟9。
步驟10:當(dāng)測桿3碰到限位開關(guān)10時，電機401停止轉(zhuǎn)動，測量全部結(jié)
束，記為一次測量。
中央處理單元對所接收的各個觀測點的位移和角度測量數(shù)據(jù)進行處理，以
獲得路基分層垂直沉降與橫向位移參數(shù)。各觀測點每次測量的位移值與前次測 值相減即為各觀測點的垂直沉降量，根據(jù)沉降值和時間值，還可得出沉降量隨
時間的變化曲線。各觀測點的橫向位移量可由L「tg《計算得出，其中L,為激光
位移傳感單元測得的第Z個觀測點的位移值與第一觀測點的位移值之差，《為
激光角度傳感單元測得的第/個觀測點的角度測量值與第一觀測點的角度測量 值之差，進而還可得到橫向位移隨時間、孔深的各種變化曲線。
上述路基分層垂直沉降與橫向位移自動監(jiān)測裝置適應(yīng)各種特殊工作環(huán)境， 更適合對野外線路迸行遠程監(jiān)測。在進行遠程監(jiān)測時，可以通過中央處理單元 長期對路基沉降變形測量裝置的連續(xù)測量數(shù)據(jù)進行采樣，同時得到路基分層垂 直沉降量和橫向位移量，如果對中央處理單元進行編程，還可以實現(xiàn)監(jiān)測的自 動化。在進行遠程監(jiān)測時，測量數(shù)據(jù)傳送單元優(yōu)選使用無線通信方式與中央處理 單元相連接。使用無線通信方式能夠顯著降低本路基沉降變形激光測量系統(tǒng)的 實現(xiàn)成本。
本發(fā)明由于使用了激光測量技術(shù)，因此測量精度大幅度提高，檢測路基垂 直沉降的靈敏度小于0.5ram，檢測誤差小于lmm;路基橫向位移的測量精度小 于0. 005誦/500腿，分辨率小于l"，同時可長時間實現(xiàn)對路基變形的監(jiān)測。
上述路基分層垂直沉降與橫向位移同時自動監(jiān)測裝置還可拆分為路基分 層垂直沉降自動監(jiān)測和路基橫向位移自動監(jiān)測兩種獨立的裝置，其中，路基分 層垂直沉降自動監(jiān)測裝置包括測量定位單元、激光位移傳感單元、測量信號控 制單元、測量數(shù)據(jù)傳送單元、中央處理單元和電源模塊；路基橫向位移自動 監(jiān)測裝置包括測量定位單元、激光角度傳感單元、測量信號控制單元、測量 數(shù)據(jù)傳送單元、中央處理單元和電源模塊。這兩種監(jiān)測裝置可分別獨立地應(yīng)
用于路基垂直沉降和路基橫向位移測量中。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，伹本發(fā)明的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可 輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明 的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種路基分層垂直沉降與橫向位移自動監(jiān)測裝置，包括測量定位單元、激光位移傳感單元、激光角度傳感單元、測量信號控制單元(801)、測量數(shù)據(jù)傳送單元(802)、中央處理單元和電源模塊(9)，其特征是，所述測量定位單元由測斜管(1)、磁環(huán)(2)、測桿(3)、提拉裝置(4)、限位開關(guān)(10)組成；所述測斜管(1)和磁環(huán)(2)預(yù)先通過鉆孔方式埋入待測路基；測斜管(1)的管壁兩側(cè)有導(dǎo)槽(101)；磁環(huán)(2)埋入路基下不同深度的觀測點位，用膨脹土封孔，磁環(huán)(2)可與地層同步沉降；所述提拉裝置(4)由電機(401)、繞盤(402)、滑輪(403)、電纜或者安全繩索(404)組成；所述測桿(3)由支撐桿(301)、上組導(dǎo)輪(302)、下組導(dǎo)輪(303)、鐵環(huán)(304)、定位傳感器(305)組成；所述定位傳感器(305)固定在支撐桿(301)上，可隨測桿(3)在測斜管(1)中移動；所述鐵環(huán)(304)與上組導(dǎo)輪(302)固定；上組導(dǎo)輪(302)和下組導(dǎo)輪(303)分別固定在支撐桿(301)上下兩端，保證測桿(3)在測斜管(1)內(nèi)位置居中，并可沿導(dǎo)槽(101)滑動，且保證測桿(3)不會整體旋轉(zhuǎn)；所述電纜或者安全繩索(404)連接測桿(3)上的鐵環(huán)(304)，并經(jīng)過滑輪(403)，纏繞在繞盤(402)上，繞盤(402)由電機(401)帶動；當(dāng)電機(401)啟動時，提拉裝置(4)可帶動測桿(3)沿測斜管(1)內(nèi)的導(dǎo)槽(101)滑動；當(dāng)定位傳感器(305)到達磁環(huán)(2)的位置時與磁環(huán)(2)發(fā)生感應(yīng)，感應(yīng)信號通過電纜傳輸，并通過測量信號控制單元控制電機(401)停止，同時控制激光位移傳感單元和激光角度傳感單元進行位移測量和角度測量；限位開關(guān)(10)安裝在測斜管(1)孔口以下位置，鐵環(huán)(304)觸碰到限位開關(guān)(10)，電機(401)將停止轉(zhuǎn)動；所述激光位移傳感單元由激光測距傳感器(5)、反射板(501)組成；反射板(501)固定在支撐桿(301)上，可隨測桿(3)在測斜管(1)中移動；激光測距傳感器(5)利用機械卡具(601)安裝在固定支架(6)上；所述激光測距傳感器(5)發(fā)射的激光束通過固定支架6上的通光孔發(fā)射到反射板(501)，由反射板(501)將激光束反射回去，并通過通光孔由激光測距傳感器(5)接收；所述激光角度傳感單元由激光測頭(7)和反射鏡(703)組成；所述反射鏡(703)固定在支撐桿(301)上，可隨測桿(3)在測斜管中移動；所述激光測頭(7)由激光發(fā)射器(701)和光電接收器(702)組成；激光測頭(7)安裝在固定支架(6)上；所述激光器(701)和光電接收器(702)均固定在安裝盒(602)內(nèi)；所述激光器(701)發(fā)射的激光通過安裝盒(602)內(nèi)的透明窗口發(fā)射到反射鏡(703)，由反射鏡(703)反射回去的激光仍然通過透明窗口由光電接收器(702)接收；所述測量信號控制單元(801)分別與測量定位單元、激光位移傳感單元和激光角度傳感單元通過有線或者無線方式連接；用于檢測磁環(huán)位置感應(yīng)信號、控制電機啟停、控制激光位移傳感單元和激光角度傳感單元進行測量；所述測量數(shù)據(jù)傳送單元(802)分別與激光位移傳感單元和激光角度傳感單元通過有線或者無線方式連接，用于將激光位移傳感單元和激光角度傳感單元測量所獲得的數(shù)據(jù)通過有線或者無線方式送入中央處理單元；所述中央處理單元由測量數(shù)據(jù)接收模塊、計算處理單元、軟件處理系統(tǒng)、顯示與存儲模塊四個順序連接的功能模塊組成；所述電源模塊(9)用于為測量定位單元、激光位移傳感單元、激光角度傳感單元、測量信號控制單元(801)與測量數(shù)據(jù)傳送單元(802)提供工作電流；所述提拉裝置(4)中的電機(401)、固定支架(6)、測量信號控制單元(801)和測量數(shù)據(jù)傳送單元(802)以及電源模塊(9)均固定安裝在支架(11)上，支架(11)安裝在測斜管(1)孔口以上的位置；地面上所有裝置用密封盒(12)密封保護。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種路基分層垂直沉降與橫向位移自動監(jiān)測裝置， 其特征是所述支撐桿(301)由不銹鋼加工而成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種路基分層垂直沉降與橫向位移自動監(jiān)測裝置， 其特征是所述激光器(701)采用半導(dǎo)體激光器
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種路基分層垂直沉降與橫向位移自動監(jiān)測裝置，其特征是所述光電接收器(702)采用PSD位置敏感探測器或者線陣CCD。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種路基分層垂直沉降與橫向位移自動監(jiān)測裝置， 其特征是所述測斜管(l)孔口露出地面0.5米或者0.5米以上。
6、 一種如權(quán)利要求1所述的路基分層垂直沉降與橫向位移自動監(jiān)測裝置的 自動監(jiān)測方法，其特征是所述方法包括下列步驟歩驟l:通過鉆孔方式在路基下埋設(shè)測斜管(l)，并在不同深度的觀測點位埋 設(shè)磁環(huán)(2)，用膨脹土封孔，使磁環(huán)(2)和地層同步沉降，將最靠近孔底的磁環(huán)記 為第一觀測點；步驟2:將激光測距傳感器(5)與激光測頭(7)安裝在固定支架(6)上，將測桿(3) 送入測斜管(l)中，調(diào)整激光測距傳感器(5)與激光測頭(7)的各自位置，保證測桿 (3)在測斜管(1)中移動的全過程中，激光測距傳感器(5)與激光測頭(7)發(fā)射的激光 光線都能分別照射在反射板(501)與反射鏡(703)上，且返回的光線分別被激光測 距傳感器(5)和光電接收器(702)接收；步驟'3:啟動自動監(jiān)測裝置，提拉裝置(4)將帶動測桿(3)由測斜管(1)的底部向 頂部緩慢運動；步驟4:當(dāng)定位傳感器(305)檢測到磁環(huán)(2)位置感應(yīng)信號時，由測量信號控制 單元(801)控制電機(401)停轉(zhuǎn)；步驟5:測量信號控制單元(801)控制激光位移傳感單元進行測量，測得位移 數(shù)據(jù)；步驟6:通過測量數(shù)據(jù)傳送單元(802)將測得的位移數(shù)據(jù)傳送給中央處理單元；步驟7:測量信號控制單元(801)控制激光角度傳感單元進行測量，測得角度數(shù)據(jù)；步驟8:通過測量數(shù)據(jù)傳送單元(802)將測得的角度數(shù)據(jù)傳送給中央處理單元；步驟9:電機(401)在等待設(shè)定時間之后，測量信號控制單元(801)將控制電機 (401)重新啟動，測桿(3)繼續(xù)在測斜管(1)中向頂部移動，當(dāng)?shù)竭_下一個磁環(huán)位置 時，重復(fù)步驟4至步驟9;步驟10:當(dāng)測桿(3)碰到測斜管口(1)處的限位開關(guān)(10)，電機(401)停止轉(zhuǎn)動， 所有測點的測量全部結(jié)束，記為一次測量；中央處理單元對所接收的各觀測點的 位移和角度測量數(shù)據(jù)進行處理，以獲得路基分層垂直沉降與橫向位移參數(shù)；其中， 各觀測點每次測量的位移值與前次測量位移值相減即為各觀測點的垂直沉降量；各觀測點的橫向位移量可由L,.tg《計算得出，其中L,為激光位移傳感單元測得的第/個觀測點的位移值與第一觀測點的位移值之差，《為激光角度傳感單元測得 的第i個觀測點的角度測量值與第一觀測點的角度測量值之差。
全文摘要
本發(fā)明公開了光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域中一種路基分層垂直沉降與橫向位移自動監(jiān)測裝置及其監(jiān)測方法。技術(shù)方案是，所述自動檢測裝置包括測量定位單元、激光位移傳感單元、激光角度傳感單元、測量信號控制單元、測量數(shù)據(jù)傳送單元、中央處理單元和電源模塊；自動監(jiān)測方法是，首先安裝各裝置；而后，啟動提拉裝置，當(dāng)定位傳感器到達磁環(huán)位置時，停止該裝置，測量位移和角度數(shù)據(jù)，并傳送到中央處理單元保存；重啟提拉裝置，重復(fù)測量和保存數(shù)據(jù)步驟，直至測管觸碰到限位開關(guān)；處理中央處理單元的所有數(shù)據(jù)，得出路基垂直沉降與橫向位移參數(shù)。本發(fā)明應(yīng)用了激光測量技術(shù)，提高了測量的精度和深度，同時實現(xiàn)了遠程自動化的監(jiān)測。
文檔編號E02D33/00GK101476337SQ20091007671
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日
發(fā)明者馮其波, 崔建英, 斌 張, 邵雙遠, 陳士謙, 頰東耀, 瞻 高 申請人:北京交通大學(xué)