光发射装置13以球铰形式连接，并在激光发射装置13相应位置标示刻度，以控制环向激光炮3的倾斜角度；如图4所示，圆柱支座4与激光发射装置13以球铰接的形式连接，并刻有角度标志，可以量化激光发射装置13的水平倾斜角度；并通过观察位于圆柱支座4上的水平水准泡11，垂直水准泡12，控制平衡调节螺栓6调节三角支座5水平和垂直度；激光发射装置13与数据传输模块10由电源模块8提供电源。
[0031]如图5所示，前置激光炮I和后置激光炮2结构相同，并在激光发射装置13两端头以同心圆环形分布，可以监测地下硐室前后掌子面的挤出变形，尤其应用于隧道横洞进入主洞后两个方向开挖同时引起的掌子面变形，同时可以测量前后掌子面到装置的距离；分布于激光发射装置13周围侧边的环向监测激光炮，可以预先根据要检测收敛变形断面的位置，调整倾角；同时环向监测激光炮可以实现对硐室全断面各个位置的实时监测；圆柱支座4与激光发射装置13以球铰接的形式连接，并刻有角度标志，可以量化激光发射装置13的倾斜角度，以适应硐室走向有倾角的情况，如隧道中的斜井；调节平衡调节螺栓6，通过观察位于圆柱支座4上的水平水准泡11和垂直水准泡12，实现节三角支座5水平和垂直度控制；激光发射装置13与数据传输模块10由电源模块8提供电源；数据传输模块10可以实现以任意时间间隔，通过蓝牙或者USB将数据传向终端设备，终端设备可为移动智能终端，如平板电脑、手机以及台式计算机等。
[0032]模型试验中围岩及掌子面变形无接触实时监控系统的操作方法，包括如下步骤:
[0033]I)根据模型试验硐室开挖工序及现场条件，将装置通过架腿7固定于特定位置，并通过调整平衡调节螺栓6，以安装在圆柱支座4上的水平水准泡11和垂直水准泡12为参考依据，将本发明装置调平；
[0034]2)根据硐室轴线走向的倾角，调整圆柱支座4与激光发射装置13角度，保证激光发射装置13中心轴线与硐室走向平行，本装置可以适应于具有不同轴线倾斜角度的硐室监测；安装在激光发射装置13周身的环向激光炮3与激光发射装置13以球形铰接的形式连接，根据所需监测断面与激光发射装置13安放的相对位置，可以灵活调节环向激光炮3与激光发射装置13的夹角；环向激光炮3以一定的排距环向均布于激光发射装置13，可满足激光发射装置13安放位置前后多个断面同时实时动态监测的需求；
[0035]3)激光发射装置13前后断面处安设的前置激光炮I和后置激光泡3，前置激光炮I和后置激光泡3以同心圆环形均匀布置，可以实现硐室同时对向开挖前后两个掌子面随时间挤出变形的同时实时动态监测；
[0036]4)设定数据传输模块中数据传输时间间隔，将采集到的数据传输到终端设备上。
[0037]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种模型试验中围岩及掌子面变形无接触实时监控系统，其特征是，包括:激光发射装置、电源模块、数据传输模块、支座以及平衡支架；所述激光发射装置通过支座固定在平衡支架上，所述激光发射装置和数据传输模块分别与电源模块连接； 所述激光发射装置包括激光发射装置本体以及内部数据采集模块，在所述激光发射装置本体的前后两个端面分别设置有前置激光炮和后置激光炮，在所述激光发射装置本体的环向位置铰接有若干环向激光炮。
2.如权利要求1所述的一种模型试验中围岩及掌子面变形无接触实时监控系统，其特征是，所述支座为圆柱支座，所述圆柱支座与激光发射装置以球铰接的形式连接，所述圆柱支座的球形铰接位置设有角度标志，能够量化激光发射装置的倾斜角度。
3.如权利要求1所述的一种模型试验中围岩及掌子面变形无接触实时监控系统，其特征是，所述支座上设有水平水准泡和垂直水准泡，用于实现对所述平衡支架的水平和垂直度控制。
4.如权利要求1所述的一种模型试验中围岩及掌子面变形无接触实时监控系统，其特征是，所述平衡支架为三角支架，所述三角支架的每一个顶角位置处均设有平衡调节螺栓，用于实现三角支架的调平。
5.如权利要求1所述的一种模型试验中围岩及掌子面变形无接触实时监控系统，其特征是，所述数据传输模块能够以任意时间间隔，通过蓝牙或者USB将数据传送至终端设备。
6.一种如权利要求1所述的模型试验中围岩及掌子面变形无接触实时监控系统的操作方法，其特征是，包括以下步骤: 1)根据模型试验硐室开挖工序及现场条件，将所述监控系统固定于设定位置，并通过调整平衡调节螺栓，以安装在圆柱支座上的水平水准泡和垂直水准泡为参考依据，将本发明装置调平； 2)根据硐室轴线走向的倾角，调整圆柱支座与激光发射装置角度，保证激光发射装置中心轴线与硐室走向平行根据所需监测断面与激光发射装置安放的相对位置，调节环向激光炮与激光发射装置的夹角；环向激光炮以一定的排距环向均布于激光发射装置，实现激光发射装置安放位置前后多个断面同时实时动态监测； 3)激光发射装置前后断面处安设的置激光炮和后置激光泡均以同心圆环形均匀布置，实现对硐室开挖前后两个掌子面随时间挤出变形的同时实时动态监测； 4)设定数据传输模块中数据传输时间间隔，将采集到的数据传输到终端设备上。
【专利摘要】本发明公开了一种模型试验中围岩及掌子面变形无接触实时监控系统及方法，包括：激光发射装置通过支座固定在平衡支架上，激光发射装置和数据传输模块分别与电源模块连接；激光发射装置包括激光发射装置本体以及内部数据采集模块，在激光发射装置本体的前后两个端面分别设置有前置激光炮和后置激光炮，在激光发射装置本体的环向位置铰接有若干环向激光炮。本发明有益效果：通过可以调节角度的激光发射装置及环向激光炮，克服了单纯利用在模型内部埋设多个监测元件以及元件成活率无法保证的问题，也减少了大量埋设监测元件对模拟效果的影响；同时也解决了多个断面全角度实时监测的问题。
【IPC分类】G01B11-16
【公开号】CN104655038
【申请号】CN201510079974
【发明人】李术才, 徐飞, 张乾青, 李利平, 王康, 许振浩, 石少帅, 成帅, 王本硕, 刘洪亮
【申请人】山东大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月13日