一种适用于地铁盾构隧道的无线接缝位移测量系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种适用于地铁盾构隧道的无线接缝位移测量系统，包括位移传感器模块、温度补偿模块、微处理器模块、无线收发模块和上位机，通过位移传感器模块可以实时测量隧道接缝的宽度变化，通过滤波、抗干扰处理和温度补偿，去除地铁振动噪声和温度的影响，使其达到高精度的测量要求；并且使用无线网络进行数据传输，简化了布线的要求，更加适合地下隧道复杂的环境，实现对隧道结构变化的准确、有效地实时监测。
【专利说明】一种适用于地铁盾构隧道的无线接缝位移测量系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种隧道测量系统，尤其是涉及一种适用于地铁盾构隧道的无线接缝位移测量系统。
【背景技术】
[0002]随着我国城镇化的大力推进，地铁作为一种运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源的交通方式，在我国得到快速发展，使城市交通状况有了明显改善。在城市地铁大规模建设的同时，运营地铁隧道的结构健康状况也越来越受到社会的广泛关注。由于施工缺陷、复杂地质条件、长期荷载、频繁的列车振动、材料劣化等原因，运营地铁隧道已呈现出比较严重的病害情况。由此，对于地铁盾构隧道的结构健康监控尤显重要。
[0003]地铁盾构隧道是一种超长线状结构，其监控种类多、分布分散，安装空间狭小，这些为地铁隧道的监控提出了更高的要求。无线传感器网络具有布局灵活、结构易变、生命力较强等特点，在地铁隧道中具有良好的应用前景。管片接缝张开是伴随隧道横向收敛和纵向不均匀沉降而产生的重要病害，目前对其检测以人工检测为主，缺乏一种实时、有效、可靠的方法。将接缝宽度变化量的监测融入无线传感网络，是实现地铁盾构隧道结构智慧化的重要一步。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于地铁盾构隧道的无线接缝位移测量系统。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006]一种适用于地铁盾构隧道的无线接缝位移测量系统，包括:
[0007]位移传感器模块，设置于盾构隧道管片的接缝处，检测接缝宽度的位移变化；
[0008]温度补偿模块，设置于盾构隧道内，检测环境温度；
[0009]微处理器模块，接收来自位移传感器模块的位移信息和温度补偿模块的温度信息，打包生成数据帧信号；
[0010]无线收发模块，连接微处理器模块，通过无线网络传输数据帧信号；
[0011]上位机，连接无线收发模块，接收数据帧信号，并根据温度信息对位移信息进行补偿换算，获取准确的位移信息，当位移超过预警值时，进行自动报警。
[0012]所述的位移传感器模块包括多个采用轴承的连接方式固定的无线位移传感器，该无线位移传感器既可用于盾构隧道管片接缝张开量的测量，也可用于管片裂缝张开量的测量。
[0013]所述的无线收发模块与上位机之间通过RS232串口连接，无线收发模块通过RS232串口将接收到的数据帧信号传送给上位机进行数据处理，上位机通过RS232串口发送控制命令给无线收发模块，包括数据接收的开始与停止，接收周期的设置和串口的选择。
[0014]所述的微处理器模块在接收到来自位移传感器模块的位移信息后，进行A/D转换和数字低通滤波。
[0015]所述的无线收发模块包括无线接收节点和无线发送节点，经过上电初始化后，无线接收节点首先建立无线网络，在建立网络成功后，允许其它节点加入该无线网络；无线发送节点在确定存在无线网络之后，请求加入该无线网络，成功加入网络后，按照指定的时间周期性的将位移信息和温度信息组成的数据帧信号发送给无线接收节点。
[0016]所述数据帧信号的数据结构包括:
[0017]数据头字段:用于标定所述数据帧信号的起始；
[0018]节点编号字段:用于标定位移传感器模块内无线位移传感器的编号；
[0019]数据字段:用于承载位移信息和温度信息；
[0020]校验字段:用于校验发送数据是否正确；
[0021]数据尾字段:用于标定所述数据帧信号的结束。
[0022]与现有技术相比，本发明通过温度传感器对采集到的位移信息进行温度补偿、滤波和抗干扰处理，使其达到高精度的测量要求，并用无线网络进行数据传输，实现对隧道结构变化的准确、有效地实时监测。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为位移传感器模块安装结构示意图；
[0024]图2为本发明的总体结构示意图；
[0025]图3为本发明的程序流程图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0027]实施例
[0028]图2示出了一种适用于地铁盾构隧道的无线接缝位移测量系统，该系统包括位移传感器模块1、温度补偿模块2、微处理器模块3、无线收发模块4和上位机5五个部分。
[0029]其中，位移传感器模块I包括多个采用轴承的连接方式固定的无线位移传感器，设置在盾构隧道管片的接缝处(包括纵缝以及环缝)，既可用于盾构隧道管片接缝张开量的测量，也可用于管片裂缝张开量的测量，如图2所示。无线位移传感器的两端采用轴承的方式锚固在接缝两侧的管片上，当接缝张开/压缩时，带动无线位移传感器发生轴向拉伸/压缩，从而输出不同的电压值。由于隧道接缝宽度的变化极其缓慢，因此要求无线位移传感器量程小、精度高、长期稳定性能佳。本实例中，无线位移传感器选用的是电位器式位移传感器，量程10臟，精度0.01mm，输出范围O?5V。
[0030]温度补偿模块2设置于盾构隧道内，采用高分辨率温度传感器，实时监测位移传感器所在点的温度，为上位机5实现对无线位移传感器的温度补偿提供温度信息。
[0031 ] 微处理器模块3连接位移传感器模块I和温度补偿模块2，接收来自位移传感器模块的位移信息后对其进行A/D转换，并且采用数字低通滤波的方法，去除地铁运行产生的高频振动噪声，保证位移信息的准确性，然后与温度信息打包，生成数据帧信号。该数据帧信号的数据结构包括:
[0032]数据头字段:用于标定所述数据帧信号的起始；
[0033]节点编号字段:用于标定位移传感器模块内无线位移传感器的编号；
[0034]数据字段:用于承载位移信息和温度信息；
[0035]校验字段:用于校验发送数据是否正确；
[0036]数据尾字段:用于标定所述数据帧信号的结束。
[0037]而无线收发模块4通过无线网络将微处理器模块3生成的数据帧信号发送至上位机5进行处理和显示。该模块无线接收节点41和无线发送节点42，无线发送节点42连接微处理器模块3，而无线接收节点41通过RS232串口与上位机5进行连接。经过上电初始化后，无线接收节点首先建立无线网络，在建立网络成功后，允许其它节点加入该无线网络；无线发送节点在确定存在无线网络之后，请求加入该无线网络，成功加入网络后，按照指定的时间周期性的将位移信息和温度信息组成的数据帧信号发送给无线接收节点。
[0038]上位机5与无线收发模块4的无线接收节点41之间通过RS232串口连接，无线收发模块4通过RS232串口将接收到的数据帧信号传送给上位机进行数据处理，上位机通过RS232串口发送控制命令给无线收发模块，包括数据接收的开始与停止，接收周期的设置和串口的选择。上位机5在接收数据帧信号后，根据温度信息对位移信息进行补偿换算，获取准确的位移信息，还可以实时绘制位移曲线、存储数据等，当位移超过预警值时，可以进行自动报警，其整体程序流程如图3所示。
[0039]本发明通过位移传感器可以实时测量隧道接缝的宽度变化，通过滤波、抗干扰处理和温度补偿，去除地铁振动噪声和温度的影响，使其达到高精度的测量要求；并且使用无线网络进行数据传输，简化了布线的要求，更加适合地下隧道复杂的环境，实现对隧道结构变化的准确、有效地实时监测。
【权利要求】
1.一种适用于地铁盾构隧道的无线接缝位移测量系统，其特征在于，包括: 位移传感器模块，设置于盾构隧道管片的接缝处，检测接缝宽度的位移变化； 温度补偿模块，设置于盾构隧道内，检测环境温度； 微处理器模块，接收来自位移传感器模块的位移信息和温度补偿模块的温度信息，打包生成数据帧信号； 无线收发模块，连接微处理器模块，通过无线网络传输数据帧信号； 上位机，连接无线收发模块，接收数据帧信号，并根据温度信息对位移信息进行补偿换算，获取准确的位移信息，当位移超过预警值时，进行自动报警。
2.根据权利要求1所述的一种适用于地铁盾构隧道的无线接缝位移测量系统，其特征在于，所述的位移传感器模块包括多个采用轴承的连接方式固定的无线位移传感器，该无线位移传感器既可用于盾构隧道管片接缝张开量的测量，也可用于管片裂缝张开量的测量。
3.根据权利要求1所述的一种适用于地铁盾构隧道的无线接缝位移测量系统，其特征在于，所述的无线收发模块与上位机之间通过RS232串口连接，无线收发模块通过RS232串口将接收到的数据帧信号传送给上位机进行数据处理，上位机通过RS232串口发送控制命令给无线收发模块，包括数据接收的开始与停止，接收周期的设置和串口的选择。
4.根据权利要求1所述的一种适用于地铁盾构隧道的无线接缝位移测量系统，其特征在于，所述的微处理器模块在接收到来自位移传感器模块的位移信息后，进行A/D转换和数字低通滤波。
5.根据权利要求1所述的一种适用于地铁盾构隧道的无线接缝位移测量系统，其特征在于，所述的无线收发模块包括无线接收节点和无线发送节点，经过上电初始化后，无线接收节点首先建立无线网络，在建立网络成功后，允许其它节点加入该无线网络；无线发送节点在确定存在无线网络之后，请求加入该无线网络，成功加入网络后，按照指定的时间周期性的将位移信息和温度信息组成的数据帧信号发送给无线接收节点。
6.根据权利要求1所述的一种适用于地铁盾构隧道的无线接缝位移测量系统，其特征在于，所述数据帧信号的数据结构包括: 数据头字段:用于标定所述数据帧信号的起始； 节点编号字段:用于标定位移传感器模块内无线位移传感器的编号； 数据字段:用于承载位移信息和温度信息； 校验字段:用于校验发送数据是否正确； 数据尾字段:用于标定所述数据帧信号的结束。
【文档编号】G08C17/02GK104240470SQ201310231699
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月9日 优先权日:2013年6月9日
【发明者】黄宏伟, 何斌, 王魁, 文长辉 申请人:同济大学