一种基坑测斜用红外测距装置及监控方法
【专利摘要】本发明涉及一种基坑测斜用红外测距装置包括测距圆盘、红外发射管、红外接收管和测斜传感单元电缆，测距圆盘的圆周边缘部上沿周向设有等圆心角规则排列的一组红外信号通孔，红外发射管设在红外信号通孔的一端，红外接收管设在红外信号通孔的另一端，测斜传感单元电缆与测距圆盘形成沿测距圆盘周向的摩擦拖动连接。本发明还公开了改进的智能基坑测斜用红外测距装置监控测斜传感单元电缆行进距离的方法，包括产生红外信号，获取传送红外信号，处理红外信号获得测距数据，传送测距数据等步骤。本发明基坑测斜用红外测距装置及监控方法采用精准的红外智能测距装置，大幅提高了测斜数据的精确度和自动化程度，具有测量准确，效率高的特点。
【专利说明】
一种基坑测斜用红外测距装置及监控方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种红外测距装置及监控方法，特别涉及一种基坑测斜用红外测距装置及监控测距的方法，属于基坑测斜领域。
【背景技术】
[0002]在基坑工程中，施工期间往往伴随着许多问题的发生，究其原因，信息化施工的程度不高成为事故频发的主要原因之一。由于深基坑工程的地质条件复杂多变，设计计算参数不尽合理，围护结构实际受到的荷载与计算结果存在差异，加之随着施工的进行，作用在围护结构上的侧向荷载处于动态变化中，围护结构及基坑周围的土层随之发生位移。鉴于岩土体工程性质的复杂多变性及各种计算模型局限性，大多数基坑工程设计与施工过程中实测数据间存在较大差异，现有学科理论和技术手段尚不能达到对之起到有效支持的地步。在工程设计阶段要求能够准确无误地预测基坑支护结构和周边土体在施工过程中的变化发展趋势成为工程的迫切需要，因此在基坑监测中，反映深层土体内部水平位移的监测项目测斜一直是业内人士最为关心的监测项目之一。测斜技术可以监测基坑边坡坡体深部变形特征、排粧变形后的形状，计算不同深度土体(粧体)位移，监测是否有土体失稳的预兆及现象，总结坑边垂直坡面上的位移随坑边距离变化的规律，更科学更安全的指导施工。因此，测斜项目在基坑工程的安全监测中举足轻重。一种基坑测斜的方法需要将探头放入设置在待测土体中的侧斜管中，并沿测斜管上下滑动，在这个过程中需要精确掌握探头行进的距离，以便得到准确的土体水平位移数据。然而，目前国内针对基坑监测的测斜系统大都存在着诸多不足之处，例如传统测斜仪精度低，对人工依赖性大，无法实现自动化测斜等。
【发明内容】
[0003]本发明基坑测斜用红外测距装置及监控方法公开了新的方案，采用精准的红外智能测距装置，解决了现有测斜方案采用人工手动测量带来的测量精度低，测量效率低的问题。
[0004]本发明一种基坑测斜用红外测距装置包括测距圆盘、红外发射管、红外接收管和测斜传感单元电缆，测距圆盘的圆周边缘部上沿周向设有等圆心角规则排列的一组红外信号通孔，红外发射管设在红外信号通孔的一端，红外接收管设在红外信号通孔的另一端，测斜传感单元电缆与测距圆盘形成沿测距圆盘周向的摩擦拖动连接，测斜传感单元带动测斜传感单元电缆拖动测距圆盘旋转，红外发射管发射的红外信号通过上述一组红外信号通孔中旋转轮换的红外信号通孔被红外接收管接受产生间断的感光信号，根据接收到的感光信号的个数得到测距圆盘的自转角度，根据自转角度得到测斜传感单元拖动测斜传感单元电缆行进的距离。
[0005]本发明还公开了改进的智能基坑测斜用红外测距装置监控测斜传感单元电缆行进距离的方法，包括步骤:⑴将测斜传感单元电缆与测距圆盘连接，测斜传感单元电缆摩擦牵引测距圆盘产生自转，红外发射管发射的红外信号通过轮换旋转的红外信号通孔发射到红外接收管，红外接收管产生间断的感光信号；⑵红外信号采集模块采样红外接收管产生的脉冲信号经数模转换模块处理后传送给中央处理单元;⑶中央处理单元根据设定的相邻红外信号通孔间的圆心角和接收到的脉冲信号的数目计算得到测斜传感单元电缆行进的距离参数;⑷中央处理单元将经处理的距离参数数据通过无线通信模块传送给人机界面。
[0006]本发明基坑测斜用红外测距装置及监控方法采用精准的红外智能测距装置，大幅提高了测斜数据的精确度和自动化程度，具有测量准确，效率高的特点。
【附图说明】
[0007]图1是本发明基坑测斜用红外测距装置实施例之一示意图。
[0008]图2是图1中实施例之一的改进型示意图。
[0009]图3是本发明基坑测斜用红外测距装置实施例之二示意图。
[00?0]图4是图3中实施例之二的改进型不意图。
[0011 ]图5是红外发射管的电路原理示意图。
[0012]图6是红外接收管的电路原理示意图。
[0013]图1?4中，111是红外信号通孔，120是测距主动轮，130是测距换向轮，200是红外发射管，300是红外接收管。
【具体实施方式】
[0014]以下结合附图，对本发明作进一步说明。
[0015]本发明基坑测斜用红外测距装置包括测距圆盘、红外发射管、红外接收管和测斜传感单元电缆。红外测距装置用于实现测斜仪下降深度测定功能。测斜传感单元下放时，通过电缆带动测距圆盘旋转，在测距圆盘的360度圆周上，均匀开了若干个微孔，在圆盘的两端同一水平线上，放置红外发射管和红外接受管，当圆盘旋转时，只有当红外发射管和红外接受管的光信号途径遇到微孔时，红外光才能穿过，被接收管接收，从而产生脉冲信号，根据脉冲信号的数量得到测距圆盘旋转的角度，进一步推算出测距圆盘旋转经过的圆周长，最终得到测斜传感单元的下放距离。即测距圆盘的圆周边缘部上沿周向设有等圆心角规则排列的一组红外信号通孔，红外发射管设在红外信号通孔的一端，红外接收管设在红外信号通孔的另一端，测斜传感单元电缆与测距圆盘形成沿测距圆盘周向的摩擦拖动连接，测斜传感单元带动测斜传感单元电缆拖动测距圆盘旋转，红外发射管发射的红外信号通过上述一组红外信号通孔中旋转轮换的红外信号通孔被红外接收管接受产生间断的感光信号，根据接收到的感光信号的个数得到测距圆盘的自转角度，根据自转角度得到测斜传感单元拖动测斜传感单元电缆行进的距离。为了实现上述技术内容，本方案公开了以下具体实施例。
[0016]实施例一
[0017]如图1所示，本方案红外测距装置的一种具体实现方式。为了减少外部因素对测量产生的不利影响，本方案的测距圆盘封装在外部壳体内，红外发射管和红外接收管固定在外部壳体内壁的相应位置上，测斜传感单元电缆绕设在测距圆盘边缘端面上形成接触摩擦连接，测斜传感单元在自身重力作用下带动电缆拖动测距圆盘旋转。其中，测距圆盘的圆盘面边缘部上沿周向设有等圆心角规则排列的一组红外信号通孔，红外信号通孔沿测距圆盘的中轴线方向贯穿测距圆盘的盘体，红外发射管设在圆盘面一侧的红外信号通孔的一端，红外接收管设在圆盘面另一侧的红外信号通孔的另一端。随着测距圆盘不断旋转，红外发射管射出的红外光依次穿过上述一组红外信号通孔在红外接收管中产生间断离散的感光信号，每个感光信号表示测距圆盘转过了一个设定的圆心角，据此推算出测距圆盘沿其周向转过的长度，即测斜传感单元在测斜管道内行进的长度。
[0018]本方案的红外测距装置在实际应用中为了提高机构的运行稳定性，防止电缆与测距圆盘边缘端面间产生脱离、打滑等现象，本方案做出了相应的改进，具体是:其一，测距圆盘的盘体边缘端面上环设有轮齿，测斜传感单元电缆外层表面上设有传动齿，轮齿与传动齿形成传动啮合，测斜传感单元电缆与测距圆盘通过上述传动啮合形成沿测距圆盘周向的摩擦拖动连接;其二，测距圆盘的盘体边缘端面凹陷呈环状轨道，换装轨道内表面上设有防滑沟槽，测斜传感单元电缆设在环状轨道内，测斜传感单元电缆与测距圆盘形成沿测距圆盘周向的接触静摩擦拖动连接。在上述方案中，其一采用齿啮合的方式基本消除了电缆和圆盘外沿端面间的相对运动，使得电缆行进的长度完美转化成圆盘转过的外缘弧线长度，其二采用增大电缆与圆盘外沿端面的接触面积以及两者接触面间的粗糙程度来增加两者间摩擦传动的稳定性，也能较好的克服两者间产生相对滑动的问题。但是，电缆与测距圆盘的直接接触传动必然会产生诸如振动、磨损等不利于形成传感信号的问题，为了解决这个问题，提高测量的准确性，本方案采用轮系的方案来改善装置的稳定性，如图2所示，具体是基坑测斜用红外测距装置还包括测距主动轮，测距主动轮与测距圆盘通过传动轴形成传动连接，测斜传感单元电缆与测距主动轮形成沿测距主动轮周向的接触摩擦拖动连接，测斜传感单元电缆拖动测距主动轮带动测距圆盘旋转。采用增设测距主动轮的方案，只需要在后续数据处理时考虑主动轮与测距圆盘的盘径比例即可。
[0019]实施例二
[0020]如图3所示，本方案红外测距装置的另一种具体实现方式。为了减少外部因素对测量产生的不利影响，本方案的测距圆盘封装在外部壳体内，红外发射管和红外接收管固定在外部壳体内壁的相应位置上，其中，基坑测斜用红外测距装置还包括测距主动轮，测距主动轮与测距圆盘通过传动轴形成传动连接，测距圆盘的盘体边缘端面上沿周向设有等圆心角规则排列的一组红外信号通孔，红外信号通孔沿测距圆盘的径向贯穿测距圆盘的盘体，红外发射管设在红外信号通孔的一端，红外接收管设在红外信号通孔的另一端，测斜传感单元电缆与测距主动轮形成沿测距主动轮周向的接触摩擦拖动连接，测斜传感单元电缆拖动测距主动轮带动测距圆盘旋转。随着测距圆盘不断旋转，红外发射管射出的红外光依次穿过上述一组红外信号通孔在红外接收管中产生间断离散的感光信号，每个感光信号表示测距圆盘转过了一个设定的圆心角，据此推算出测距圆盘沿其周向转过的长度，即测斜传感单元在测斜管道内行进的长度。采用测距主动轮的方案，只需要在后续数据处理时考虑主动轮与测距圆盘的盘径比例即可。
[0021]在以上实施例的基础上，为了改善测距圆盘的受力状态，提高测距圆盘运行的稳定性，合理的布置圆盘的放置角度和位置是必要的，因此可能引入更多的传动轮来调整电缆的拖动方向，如图4所示，基坑测斜用红外测距装置还可以包括测距换向轮，测斜传感单元电缆通过测距换向轮改变拖动方向。
[0022]为了配合测距装置的红外传感方案，本方案还可以进一步提高数据自动化处理和传送的水平，即基坑测斜用红外测距装置还包括智能监控系统，所述智能监控系统包括红外信号采集模块、数模转换模块、中央处理单元、无线通信模块和人机交互界面，红外信号采集模块采样红外接收管收到的脉冲信号经数模转换模块处理后传送给中央处理单元，中央处理单元将收到的信号转换成测距数据通过无线通信模块传送给人机交互界面，操作人员通过人机交互界面分析、监控基坑测斜用红外测距装置的运行。本方案在测试过程中从单片机读取到的脉冲数十分混乱，有时一个微孔会计数为十几个脉冲，通过分析认为是电机在运行过程中产生了轻微颤抖，红外接收管在刚接收到红外光和红外光消失时，接收到的是颤抖的红外信号，从而产生抖动信号，误形成多个脉冲，为了解决这个问题，本方案在单片机的采样端口加入了延时电容，即在红外信号采集模块的采样端口处增设延时电容，延时电容屏蔽红外接收管发送来的异常高频信号。抖动信号为高频信号，通过在采样端口加电容，端口电平改变时，电容的充电和放电需要一定的时间，电容电压不能突变，所以抖动信号就被消除了，经测试加完电容之后，脉冲计数正常。图5是本方案红外发射管的电路原理示意图，它采用74HC14驱动红外发射管LMP1。图6是本方案红外接收管的电路原理示意图，它采用比较器提取信号。
[0023]本方案所涉及的电器、电路、模块以及电子元器件，除特别提及外，均可以采用本领域通用的选型或方案，也可以根据不同的具体要求采用特别的选型或方案。
[0024]本方案还公开了上述智能基坑测斜用红外测距装置监控测斜传感单元电缆行进距离的方法，包括步骤:
[0025]⑴将测斜传感单元电缆与测距圆盘连接，测斜传感单元电缆摩擦牵引测距圆盘产生自转，红外发射管发射的红外信号通过轮换旋转的红外信号通孔发射到红外接收管，红外接收管产生间断的感光信号。
[0026]⑵红外信号采集模块采样红外接收管产生的脉冲信号经数模转换模块处理后传送给中央处理单元。为消除装置振动造成的脉冲信号混乱的显现，可以事先在红外信号采集模块的采样端口加电容，来屏蔽高频信号。
[0027]⑶中央处理单元根据设定的相邻红外信号通孔间的圆心角和接收到的脉冲信号的数目计算得到测斜传感单元电缆行进的距离参数。例如，本方案在测距圆盘上环设了 72个红外信号通孔，则相邻信号通孔的圆心角是5°，如果收到了 10个脉冲信号，则圆盘转过了50°，相应的电缆行进的距离即(JTXdX50/360)。如果采用了轮系传动，那么是要再乘上轮径比即可。
[0028]⑷中央处理单元将经处理的距离参数数据通过无线通信模块传送给人机界面。监控人员可以通过人机交互界面随时掌握测斜传感单元下降或上升的深度，并在发现问题时通过无线通信的方式向系统发送外部指令。
[0029]本方案的基坑测斜用红外测距装置及监控方法采用精准的红外智能测距装置，通过自动智能监控系统使得监控人员能够随时随地方便的获取或调整装置的运行状态，有效控制单位行程内测斜传感单元的行进误差，使得在0.5米的检测距离内误差小于I厘米，大幅提高了测斜数据的精确度和测斜装置的自动化程度，具有测量准确，效率高的特点。基于以上特点，本方案的基坑测斜用红外测距装置及监控方法相比现有的方案具有突出的实质性特点和显著的进步。
[0030]本方案的基坑测斜用红外测距装置及监控方法并不限于【具体实施方式】中公开的内容，实施例中出现的技术方案可以单独存在，也可以相互包含，其包含的操作步骤在不违反技术规范和原理的前提下，为优化操作程序可以进行适当的顺序调换和适应性变更，本领域技术人员根据本方案结合公知常识作出的简单替换方案也属于本方案的范围。
【主权项】
1.一种基坑测斜用红外测距装置，其特征是包括测距圆盘、红外发射管、红外接收管和测斜传感单元电缆，所述测距圆盘的圆周边缘部上沿周向设有等圆心角规则排列的一组红外信号通孔，所述红外发射管设在所述红外信号通孔的一端，所述红外接收管设在所述红外信号通孔的另一端，所述测斜传感单元电缆与所述测距圆盘形成沿所述测距圆盘周向的摩擦拖动连接，测斜传感单元带动所述测斜传感单元电缆拖动所述测距圆盘旋转，所述红外发射管发射的红外信号通过所述一组红外信号通孔中旋转轮换的红外信号通孔被所述红外接收管接收产生间断的感光信号，根据接收到的所述感光信号的个数得到所述测距圆盘的自转角度，根据所述自转角度得到所述测斜传感单元拖动所述测斜传感单元电缆行进的距离。2.根据权利要求1所述的基坑测斜用红外测距装置，其特征在于，所述测距圆盘的圆盘面边缘部上沿周向设有等圆心角规则排列的一组红外信号通孔，所述红外信号通孔沿所述测距圆盘的中轴线方向贯穿所述测距圆盘的盘体，所述红外发射管设在所述圆盘面一侧的所述红外信号通孔的一端，所述红外接收管设在所述圆盘面另一侧的所述红外信号通孔的另一端。3.根据权利要求2所述的基坑测斜用红外测距装置，其特征在于，所述测距圆盘的盘体边缘端面上环设有轮齿，所述测斜传感单元电缆外层表面上设有传动齿，所述轮齿与所述传动齿形成传动啮合，所述测斜传感单元电缆与所述测距圆盘通过所述传动啮合形成沿所述测距圆盘周向的摩擦拖动连接。4.根据权利要求2所述的基坑测斜用红外测距装置，其特征在于，所述测距圆盘的盘体边缘端面凹陷呈环状轨道，所述换装轨道内表面上设有防滑沟槽，所述测斜传感单元电缆设在所述环状轨道内，所述测斜传感单元电缆与所述测距圆盘形成沿所述测距圆盘周向的接触静摩擦拖动连接。5.根据权利要求2所述的基坑测斜用红外测距装置，其特征在于，所述基坑测斜用红外测距装置还包括测距主动轮，所述测距主动轮与所述测距圆盘通过传动轴形成传动连接，所述测斜传感单元电缆与所述测距主动轮形成沿所述测距主动轮周向的接触摩擦拖动连接，所述测斜传感单元电缆拖动所述测距主动轮带动所述测距圆盘旋转。6.根据权利要求1所述的基坑测斜用红外测距装置，其特征在于，所述基坑测斜用红外测距装置还包括测距主动轮，所述测距主动轮与所述测距圆盘通过传动轴形成传动连接，所述测距圆盘的盘体边缘端面上沿周向设有等圆心角规则排列的一组红外信号通孔，所述红外信号通孔沿所述测距圆盘的径向贯穿所述测距圆盘的盘体，所述红外发射管设在所述红外信号通孔的一端，所述红外接收管设在所述红外信号通孔的另一端，所述测斜传感单元电缆与所述测距主动轮形成沿所述测距主动轮周向的接触摩擦拖动连接，所述测斜传感单元电缆拖动所述测距主动轮带动所述测距圆盘旋转。7.根据权利要求2、5或6中任一项所述的基坑测斜用红外测距装置，其特征在于，所述基坑测斜用红外测距装置还包括测距换向轮，所述测斜传感单元电缆通过所述测距换向轮改变拖动方向。8.根据权利要求1所述的基坑测斜用红外测距装置，其特征在于，所述基坑测斜用红外测距装置还包括智能监控系统，所述智能监控系统包括红外信号采集模块、数模转换模块、中央处理单元、无线通信模块和人机交互界面，所述红外信号采集模块采样所述红外接收管收到的脉冲信号经所述数模转换模块处理后传送给所述中央处理单元，所述中央处理单元将收到的信号转换成测距数据通过所述无线通信模块传送给所述人机交互界面，操作人员通过所述人机交互界面分析、控制所述基坑测斜用红外测距装置的运行。9.根据权利要求8所述的基坑测斜用红外测距装置，其特征在于，在所述红外信号采集模块的采样端口处增设延时电容，所述延时电容屏蔽所述红外接收管发送来的异常高频信号。10.根据权利要求8所述基坑测斜用红外测距装置监控测斜传感单元电缆行进距离的方法，其特征是包括步骤: ⑴将测斜传感单元电缆与测距圆盘连接，测斜传感单元电缆摩擦牵引测距圆盘产生自转，红外发射管发射的红外信号通过轮换旋转的红外信号通孔发射到红外接收管，红外接收管产生间断的感光信号； ⑵红外信号采集模块采样红外接收管产生的脉冲信号经数模转换模块处理后传送给中央处理单元； (3)中央处理单元根据设定的相邻红外信号通孔间的圆心角和接收到的脉冲信号的数目计算得到测斜传感单元电缆行进的距离参数； ⑷中央处理单元将经处理的距离参数数据通过无线通信模块传送给人机界面。
【文档编号】E02D1/00GK105887790SQ201610255342
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】李荣正, 陈学军, 李慧妍
【申请人】上海工程技术大学