雷射隧道周邊位移實時監測儀的製作方法

2023-05-16 04:20:41

專利名稱：雷射隧道周邊位移實時監測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種隧道周邊位移量測儀器，特別是以雷射束為基準的隧道周邊位移實時監測儀。
隧道周邊位移是判斷施工過程中圍巖穩定性和指導施工的重要依據。現有的隧道周邊位移量測方法有兩種一種是在施工中布置量測斷面，間隔一定的時間由人工用各種機械式或機械-電子式收斂計量測。另一種是藉助隧道斷面儀定時定點量測待測斷面。兩者的不足之處在於(1)不能實時監測。即不能隨時監測待測斷面的變形情況，因而不能及時反映施工過程中隧道圍巖的異常變化。(2)對施工幹擾大。由於變形量測中或者需要拉尺，或者需要架設斷面儀，所以對施工作業，尤其是運輸作業幹擾很大。(3)量測工作危險。在人員不易接近的地方，為了獲取量測數據，人員不得不頻繁接近危險空間，因而對人員與儀器的安全威脅較大。(4)量測費用高。因同一斷面要多次反覆量測，加之量測過程煩瑣，用人多，耗時長，導致量測費用較高。
本實用新型的目的是提供一種雷射隧道周邊位移實時監測儀，它能自動監測隧道施工過程中其周邊的微小位移。
本實用新型是這樣實現的在隧道洞外支架或洞內襯砌結構上固定雷射指向儀並向掘進方向發出雷射束，該雷射束投射到位移監測儀的光纖陣列上，經光纖將光信號傳遞給光敏元件，由光敏元件將光信號變為電信號，然後由數字電路進行分析處理。由於位移監測儀與隧道周邊固定在一起，隧道周邊位移時，雷射在光纖陣列上的位置將發生變化，據此可以檢測出該測點位移的大小與方向。每臺監測儀除接收上遊雷射外，自身還裝有雷射器向下遊發射基準雷射，這樣逐級延伸，監測距離不受限制。各測點相對於起始點的位移，可根據相對位移逐級推算。
本實用新型因為一經裝設，便會自動記錄並傳遞數據信息，從而實現了對隧道周邊位移的實時監測，隧道圍巖位移的任何異常變化都會及時反映到監控計算機。同時由於不需拉尺，不需反覆架設儀器，減少了量測工作對隧道作業空間的佔用，因而對正常施工沒有幹擾。此外，由於監測儀裝設後，無需人員接近儀器讀數記錄，節省了人力，保障了人員安全。
本實用新型的具體結構由以下的實施例及其附圖給出。


圖1是根據本實用新型提出的雷射隧道周邊位移實時監測儀的結構示意圖。
圖2是光纖陣列和投射光斑的示意圖。
下面結合圖1和圖2詳細說明依據本實用新型提出的具體監測儀的細節及其工作情況。
該監測儀主要由機箱(1)，光纖陣列(2)，光敏元件陣列(3)(光纖與光敏元件一一對應，用套管和粘結劑相連)，數字電路(4)，聲光報警器(5)，接力雷射器(6)，水平微調螺栓(7)和垂直微調螺栓(8)組成。
由上遊監測儀的雷射器發出的雷射束(10)投射到本位監測儀的光纖陣列(2)上，在光纖陣列(2)上形成光斑(11)，使光纖陣列(2)中的部分光纖(光斑範圍內的光纖)受光，受光光纖將光信號傳遞到光敏元件陣列(3)，由光敏元件陣列(3)中的受光單元將光信號變換成電信號，再由數字電路(4)分析處理，並通過通信線路(14)將數位訊號傳遞給計算機。當隧道圍巖(17)位移時，通過連接杆(9)帶動光纖陣列(2)移動，使得來自上遊監測儀的基準雷射束(10)投射到本位監測儀的光纖陣列(2)上的位置發生變化，光斑(11)移至光斑(12)，同樣，經光纖陣列(2)、光敏元件陣列(3)和數字電路(4)的轉換與處理，通過通信線路(14)傳遞給監控計算機。據此可以檢測出隧道周邊的位移。當位移超過預期值時，聲光報警器(5)將發出警報。為了使監測距離不受雷射器有效射程的限制，每臺位移監測儀的尾部均帶有雷射器(7)。雷射器(7)用於向下遊監測儀發射基準雷射束(13)。通過左右微調螺栓(7)調整雷射束(13)的水平方向，通過上下微調螺栓(8)調整雷射束(13)的垂直方向。這樣，每臺位移監測儀均可測得安裝點相對於上遊雷射束的平面位移。若第一臺監測儀或雷射指向儀固定在假定的不動點上，便可根據各級相對位移，確定各測點相對於假定不動點的位移。機箱(1)上帶有上下微調螺栓(15)和左右微調螺栓(16)，可以用來調整監測儀的安裝位置。
權利要求1.一種雷射隧道周邊位移實時監測儀，主要包括光纖陣列(2)、光敏元件陣列(3)、數字電路(4)、聲光報警器(5)和接力雷射器(6)。其特徵在於所述的光纖陣列(2)面向上遊雷射束(10)，並通過光纖將光信號傳遞給所述的光敏元件陣列(3)；從光敏元件陣列(3)上採集信息的所述的數字電路(4)位於監測儀的中部；所述的接力雷射器(6)面向下遊監測儀。
2.根據權利要求1所述的監測儀，其特徵是光敏元件陣列(3)中的光敏元件與光纖陣列(2)中的光纖對應用套管和粘結劑連接。
3.根據權利要求1、2所述的監測儀，其特徵是光敏元件陣列(3)的管腳與數字電路(4)由導線相連。
4.根據權利要求1所述的監測儀，其特徵是帶有隧道周邊位移或位移速率超限時自動報警的聲光報警器(5)。
5.根據權利要求1所述的監測儀，其特徵是帶有為下遊監測儀提供基準雷射的接力雷射器(6)。
6.根據權利要求1、5所述的監測儀，其特徵是接力雷射器(6)帶有調整水平轉角的微調螺栓(7)和調整上下傾角的微調螺拴(8)。
專利摘要本實用新型提供了一種雷射隧道周邊位移實時監測儀。該儀器由雷射接收部分和雷射發射部分組成。前者接收並傳遞上遊雷射器發射的雷射束,經光電元件轉化和數字電路分析,可測出隧道周邊位移;後者用於向下遊監測儀提供基準雷射。該儀器的特點是:以雷射為基準,對隧道周邊位移進行實時監測;由於多臺監測儀接力工作,監測距離不受限制;儀器帶有聲光報警裝置,位移超限時自動報警。該儀器還可用於地表下沉、山體滑移監測。
文檔編號G01N21/84GK2468042SQ0022688
公開日2001年12月26日 申請日期2000年10月16日 優先權日2000年10月16日
發明者呂康成 申請人:呂康成