[發明專利]基于激光測速的盾構施工出土體積在線測量裝置

無效

• 申請號: 201210200891.6
• 申請日: 2012-06-19
• 公開（公告）號: CN102707081A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 陳傳林;沈小飛;趙炯;周奇才;徐小芳
• 申請（專利權）人: 上海地鐵盾構設備工程有限公司
• 主分類號: G01P3/36
• 分類號: G01P3/36
• 代理公司: 上海天協和誠知識產權代理事務所 31216
• 代理人: 葉鳳

技術領域

本發明涉及應用于盾構施工的工程機械，具體為一種基于激光測速的盾構施工出土體積在線測量裝置。

背景技術

棄渣稱重系統：在皮帶輸送機下面安裝兩套測定碴土重量的稱，稱之間用一個實時累加開挖碴土重量的帶速傳感器聯結，操作人員觀察監視屏上顯示的該循環排土重量，并與上一循環校準理論重量比較。在香港KCRC項目DB320隧道施工的中8.75mEPB上就使用了該種系統。

螺旋旋轉計數式：在設定時間內對螺旋輸送機螺旋轉速進行計數，測定體積。

測流量法：在螺旋輸送機排土口設置電磁流量計，測定流量。

利用超聲波測量的方案：在定速運動的皮帶輸送機上設置較多的超聲波測定點，測量排土截面，通過積分得到排土體積。

激光式的測量方案：采用激光測距的原理在定速運動的皮帶輸送機上設置激光測定點，連續測量排土截面，可讀取斷面形狀，再通過積分得到體積。

目前盾構施工中對渣土體積的測量方式主要是以下三種：

1)?后方電瓶車稱重得到渣土重量，再除以密度得到體積。這種方法滯后，自動化程度也低，而且施工中開挖土體的性狀、密度并不一致，往往差別很大，這樣得到的出土體積誤差較大；

2)?在皮帶輸送機上方安裝一個二維掃描傳感器掃描輸送機上渣土的橫截面積，再與輸送機的速度積分得到渣土體積。這種方法也存在很多問題，例如由于螺旋輸送機出土口處皮帶前進的速度很快，出土的速度相對較慢，導致渣土經常被拉斷，出現非常不規則的斷面、并且存在大量空隙，激光掃描得到的橫截面積會出現嚴重失實的現象，另外由于地鐵盾構施工中環境惡劣、空間狹小，很容易弄臟傳感器鏡頭，一方面可能損壞價格昂貴的激光傳感器；另一方面，也會對整個測量系統的長期可靠使用帶來問題；

3)?在螺旋輸送機排土口設置電磁流量計，測定流量。這種方法達到的精度比較低。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，彌補當前盾構施工過程中在線、精確地測量排土體積方法的空白，本發明提供一種基于斷面掃描的盾構施工排土體積在線測量裝置，實現在螺旋輸送機渣土排出的過程中能在線精確測量盾構施工中的出土體積。

本發明通過以下技術方案實現，一種基于激光測速的盾構施工出土體積在線測量裝置，它包括激光測速儀、安裝激光測速儀傳感器的支架、電源、DB25接口和控制單元和上位機組成，其中：

所述激光測速儀安裝在緊靠螺旋輸送機出土口渣土排出的位置，且激光測速儀的安裝位置必須與土體表面垂直，激光測速儀自帶顯示器實時顯示出土的速度；

所述支架一端固定的螺旋機出土管上，另一端固定激光測速儀；

所述電源通過DB25連接器與激光測速儀相連，從而給激光測速儀供電。

所述控制單元為嵌入式計算系統，主要由單片機和外圍串行通信接口電路組成的主板，主板與激光測速儀、上位機都是通過串行通信接口連接。單片機采集激光測速儀的速度數據，并將速度數據進行簡單的處理后保存在數據存儲器中，然后將存儲的數據傳給上位機，上位機根據預設的出口橫截面進行積分計算，得到體積。

由于螺旋機的出土管口橫截面積是固定的，所以可以將激光測速儀測得的速度與面積積分就可以得到體積。本發明測量裝置有益效果：

1)?激光測速儀自帶顯示器功能，實時顯示螺旋機出土口的速度，自動化程度高；

2)?激光測速儀是安裝在螺旋機出土口處，不會出現由于渣土被拉斷而導致的測量精度削弱的問題；

3)?激光測速儀抗振性能較好，能夠適應惡劣的盾構施工環境，測量精度高；

4)?該裝置的適用范圍很廣，不止局限在盾構施工中，可以適用于很多在線測量不規則粉狀物體的場合，只要具備一定的粘性，能充滿出土口，較為密實均可達到較高的測量精度。

附圖說明

以下結合附圖對本發明技術方案作進一步介紹。

圖1測量原理圖。

圖2激光測速儀安裝示意圖。

圖3現有技術單片機基本組成。

圖4單片機系統結構圖。

圖5系統軟件流程示意圖。

標記說明：1-為渣土，2-螺旋機出土口，3-支架，4-激光測速儀，5-螺旋管道，6-皮帶輸送機。

具體實施方式

本發明裝置主要由激光測速儀、安裝傳感器的支架、電源、DB25接口組成。由于螺旋機出土口2處的環境比較差，空間很狹窄，出土口離皮帶輸送機6的距離很小，本發明裝置在安裝時采取的重要技術措施有：