[發(fā)明專利]一種隧道收斂監(jiān)測傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410036570.6
• 申請日: 2014-01-25
• 公開（公告）號: CN103776359B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧洪亮;黃東輝;高文學(xué);姚愛軍;周世生;李立云
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種通過發(fā)射微波對隧道等地下工程收斂進(jìn)行測量的裝置，是一種微波傳感器，由微波發(fā)射器實(shí)時發(fā)送微波信號，跟蹤探測目標(biāo)體的位置，并由信號采集器測量處理回波信號，進(jìn)行隧道收斂監(jiān)測，本發(fā)明主要用于隧道及地下工程收斂監(jiān)測，屬于測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隧道等地下工程在公路、鐵路和地鐵等工程中占有重要的地位，施工監(jiān)控量測是隧道等地下工程的一項(xiàng)重要內(nèi)容。隧道收斂目前主要采用傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀、鋼掛尺、收斂計和全站儀等測量工具，測量精度不高，受隧道施工影響較大，易對隧道造成施工阻礙，且數(shù)據(jù)存儲、傳輸、處理、分析等工作量大，工程應(yīng)用不便。現(xiàn)有的激光位移傳感器和聲波傳感器等抗干擾能力差，同時不能實(shí)現(xiàn)對隧道監(jiān)測目標(biāo)跟蹤測量。

微波傳感器具有不接觸，無損傷，連續(xù)，實(shí)時，遠(yuǎn)距離，無毒害，不污染環(huán)境，易于維護(hù)，成本較低等一系列優(yōu)點(diǎn)，在許多場合十分有用。長期來，傳感器的電檢測技術(shù)基本上局限于低頻和光頻兩個頻段并從集成電路參數(shù)和電壓，電流的觀點(diǎn)來研究各種傳感器的性能，很少使用它們之間的微波頻段并從電磁波的角度來研究傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種采用微波測量位移的傳感器，利用壓電效應(yīng)的原理將電能和微波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射微波的時候，將電能轉(zhuǎn)換成微波信號，發(fā)射微波；而在接收發(fā)射裝置發(fā)射的微波的時候，則將微波振動信號轉(zhuǎn)換成電信號。利用微波信號測量隧道收斂，可以實(shí)時采集數(shù)據(jù)，不受環(huán)境限制，可有效保證隧道施工進(jìn)度，提高工作效率，減少工作量，降低作業(yè)危險。

本發(fā)明的特征在于：隧道收斂監(jiān)測傳感器分為隧道收斂采集儀和微波探測靶二部分，其中隧道收斂采集儀包括微波發(fā)射器、微波接收器。所述微波發(fā)射器用來對目標(biāo)發(fā)射定制頻率的微波，包括微波信號發(fā)射模塊（1）、微波頻率和帶寬定制模塊（2）、角度量測模塊（3）；所述微波接收器用來接收定制頻率的微波信號、記錄走時速度和時間、進(jìn)行收斂計算、存儲以及數(shù)據(jù)傳輸，包括微波信號接收模塊（4）、微波頻率定制模塊（5）、時間和速度測量模塊（6）、數(shù)據(jù)處理和顯示模塊（7）、數(shù)據(jù)存儲和傳輸模塊（8）；所述微波探測靶（9）為一專用探測體，用來反射微波信號，可在探測范圍內(nèi)同時埋設(shè)多個微波探測靶同時進(jìn)行測量，每個微波探測靶可在一定范圍內(nèi)移動，微波探測器可進(jìn)行跟蹤探測和實(shí)時測量距離，跟蹤方法采用全鄰法，即對不同探測點(diǎn)全面進(jìn)行所有候選濾波，并根據(jù)不同相關(guān)情況計算出各概率加權(quán)系數(shù)以及等效回波，然后用各等效回波更新多個目標(biāo)的狀態(tài)。

微波信號發(fā)射模塊（1）將電能轉(zhuǎn)換成微波信號，發(fā)射微波；

微波頻率和帶寬定制模塊（2）用來定制固定頻率和帶寬的微波信號（2～60GHZ），不同觀測組采用不同的頻率；

角度量測模塊（3）測量和確定發(fā)射微波信號的方向；

微波信號接收模塊（4）用來接收固定頻率和帶寬的微波信號；

微波頻率定制模塊（5）用來定制接收信號的頻率,不同觀測組的頻率是不同的；

時間和速度測量模塊（6）用來測量微波信號的走時速度，走時時間；

數(shù)據(jù)處理和顯示模塊（7）根據(jù)發(fā)射微波信號的方向、頻度和走時時間計算隧道的收斂值，并以電信號顯示；

數(shù)據(jù)存儲和傳輸模塊（8）是把測量的數(shù)據(jù)按固定的格式實(shí)時存儲，并具有數(shù)據(jù)在線傳輸和無線傳輸功能；

微波探測靶（9）為一專用探測體，用來反射微波信號，可在探測范圍內(nèi)同時埋設(shè)多個微波探測靶同時進(jìn)行測量，每個微波探測靶可在一定范圍內(nèi)移動，微波探測器可進(jìn)行跟蹤探測和實(shí)時測量距離，跟蹤方法采用全鄰法，用各等效回波更新多個目標(biāo)的狀態(tài)；

直流供電電源和交流供電電源（10）用于本裝置的供電。

技術(shù)方案

（1）在隧道合適位置安裝微波傳感器和多個微波探測靶；

（2）定制微波頻率，進(jìn)行監(jiān)測組分組設(shè)置；設(shè)定微波的帶寬，按預(yù)定空間范圍搜索目標(biāo)靶體反射信號，使其具有足夠的抗干擾能力；

（3）打開電源，啟動微波傳感器測量裝置，開始實(shí)時探測，測量距離、方向和根據(jù)設(shè)置參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；

(4)將數(shù)據(jù)存儲，并發(fā)往監(jiān)測中心計算機(jī)。

有益效果

本發(fā)明為一種隧道收斂監(jiān)測傳感器，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）數(shù)據(jù)精度高，收斂誤差小于±1mm；

（2）不受環(huán)境限制，可進(jìn)行實(shí)時跟蹤探測，測量距離和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；

（3）具有數(shù)據(jù)存儲功能和數(shù)據(jù)傳輸功能，存儲能力可自行設(shè)定，傳輸速度根據(jù)網(wǎng)絡(luò)確定；

（4）有效提高工作效率，節(jié)約人力和物力，保證監(jiān)測和施工安全。