一种地下工程用隧道坍塌预警设备的制作方法

本发明涉及地下工程领域，尤其涉及一种地下工程用隧道坍塌预警设备。

背景技术：

随着工程建设技术和开矿技术的的不断发展，出现各种山体隧道、海底隧道、江底隧道、煤矿隧道等，隧道的掘进具有一定的危险性，在一些易发生断层和支撑不足的地方容易发生坍塌事故，造成人员损伤，因此需要对隧道坍塌进行预警。

现有的隧道坍塌预警设备基本采用激光仪器固定在隧道的侧壁，通过激光仪器反射另一侧壁上的反光板得到初始反射点，通过测量反射点的位置变换来了解隧道内壁的位移情况，这种方案虽然能够检测到隧道内壁处的岩层位移，但由于光学仪器放置在外易受到环境的干扰，且光学仪器和反光板之间也存在较多的干扰，例如隧道内的施工灰尘，这样就会导致测量出现误差，影响测量结果，从而使得设备不能够及时预警。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在易受到隧道内恶劣环境的干扰导致测量不准确的缺点，而提出的一种地下工程用隧道坍塌预警设备。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种地下工程用隧道坍塌预警设备，包括对称固定在隧道内顶壁上的多个挂杆，多个所述挂杆的下端共同安装有安装板，所述安装板的下端固定安装有检测机，所述安装板上嵌入有外部供电线，且外部供电线延伸至检测机内，所述检测机上对称插设有两个光路管，每个所述光路管远离检测机的一端均安装有波纹管，每个所述光路管靠近波纹管的一端内壁上均安装有准直透镜，每个所述波纹管远离光路管的一端均安装有光源管，每个所述光源管内均安装有多个安装架，多个安装架的中心共同固定有光发射器；

所述检测机内开设有控制腔，所述控制腔的内顶壁上安装有控制电路板，所述控制腔的侧壁上对称安装有两个光传感器，所述控制电路板上分别焊接有控制芯片和两个接线端，且两个接线端分别电性连接两个光传感器。

优选地，两个所述光传感器分别盖设在两个光路管插设在检测机上的一端；

光传感器在检测机内检测通过光路管传播的光束，从未检测光束的偏差距离，且光发射器位于光源管内，则光束始终位于光源管、波纹管和光路管内，不受外界环境的干扰，增加测量的准确度。

优选地，所述光传感器靠近光路管的一侧贴附有多个光感元件，多个光感元件高度集成在一块线路板上，且每个光感元件具有唯一的地址信息；

正常情况下，光束通过光发射器发射，然后经过准直透镜的中心后沿光路管的中轴线平行传播，则平行的光束照射在光传感器中间的一个光感元件上，则此光感元件检测到光信号并转换为电信号通过接线端传递至控制芯片内进行分析处理，分析结果为未偏移；

当岩层发生位移导致光源管和光路管之间发生偏移，即波纹管弯曲后，则光发射器发射的光束偏离光路管的中轴线射在准直透镜上，准直透镜将偏移角度入射的光束经过校准折射后偏离准直透镜的中心平行射出，即光束与光路管的中轴线平行却不重合，偏离中轴线的光束射在光传感器的一个非中心光感元件上，此光感元件将光信号转换成电信号输入至控制芯片，且电信号包括此光感元件的地址信息，控制芯片通过地址信息计算光束偏移距离，并通过光束偏移距离计算光源管的偏移角度和距离，达到内设阈值后启动报警。

优选地，所述隧道内侧壁上对称开设有两个检测槽，且两个光源管分别固定在两个检测槽内；

隧道侧壁岩层的位移能够使检测槽发生变形，则检测槽变形压迫光源管与光路管发生偏移，则检测出光源管的偏移即可了解岩层的位移情况。

优选地，所述检测机的下端固定安装有扩音器，所述扩音器的下端安装有警示灯；

正常情况下，扩音器不发出警报声，警示灯不亮，当岩层发生位移到达控制芯片内置的警戒值时，控制芯片控制扩音器发出警报并控制警示灯闪烁，提醒人员尽快撤离。

本发明具有以下有益效果：

1、光发射器和光传感器分别位于光源管和检测机内，则在预警监测时，光束始终位于光源管、波纹管、光路管内，外界环境无法对光束进行干扰，增加设备监测的准确度，且增加其抗干扰能力。

2、光源管和光路管之间安装有波纹管，光源管在检测槽内监测岩层位移情况，当发生位移时，检测槽变形压迫光源管，则光源管偏离光路管，由于波纹管的存在，使得光源管的偏移不会影响光路管的位置，增加监测的准确性。

3、准直透镜设置在光路管内靠近波纹管的一端，当光源管发生偏移时，则光源管内的光发射器随光源管同时发生偏移，则光发射器发射的光束偏移光路管的中轴线射在准直透镜上，准直透镜通过折射将入射光束校准后平行光路管的中轴线射出，使得光传感器能够有效的接收光束，避免由于偏离角度过大导致光束无法射到光传感器上。

4、光传感器靠近光路管的一端侧面贴附有多个光感元件，多个光感元件高度集成连接在接线端上，每个光感元件都能够单独检测光束并将光束转换为电信号传递到控制芯片内，根据不同光感元件传输的电信号判断光束位于光传感器上的位置，即可计算出光束的偏移距离以及光源管偏移角度和距离，增加设备监测的准确性。

5、设备通过挂杆固定在隧道的顶壁，在隧道顶壁发生塌陷时，检测机受挂杆和安装板的压力向下移动，则检测机压迫光路管向下倾斜且波纹管弯曲，则光源管和光路管之间发生反向偏移，则使得光束发生偏移并触发报警，增加设备监测预警的广度。

综上所述，本发明结构简单，通过将光发射器和光传感器设在设备内，使得光束不受环境干扰，增加设备的准确度，通过波纹管降低岩层位移对光路管的影响，通过准直透镜避免光束偏移角度过大导致光传感器无法感应光束，通过多个光感元件准确计算光束偏移距离从而得出位光源管和岩层的位移情况，增加设备监测的准确性。

附图说明

图1为本发明提出的一种地下工程用隧道坍塌预警设备的结构示意图；

图2为图1中a处放大图；

图3为图1中b处放大图；

图4为图1中c处放大图；

图5为图1中d处放大图；

图6为本发明提出的一种地下工程用隧道坍塌预警设备的光传感器部分放大图。

图中：1挂杆、2外部供电线、3安装板、4检测机、5光路管、6扩音器、7警示灯、8光发射器、9光源管、10安装架、11波纹管、12准直透镜、13接线端、14控制芯片、15控制电路板、16控制腔、17光传感器、18检测槽、19光感元件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-6，一种地下工程用隧道坍塌预警设备，包括对称固定在隧道内顶壁上的多个挂杆1，多个挂杆1的下端共同安装有安装板3，安装板3的下端固定安装有检测机4，安装板3上嵌入有外部供电线2，且外部供电线2延伸至检测机4内，检测机4上对称插设有两个光路管5，每个光路管5远离检测机4的一端均安装有波纹管11，每个光路管5靠近波纹管11的一端内壁上均安装有准直透镜12，每个波纹管11远离光路管5的一端均安装有光源管9，每个光源管9内均安装有多个安装架10，多个安装架10的中心共同固定有光发射器8；

检测机4内开设有控制腔16，控制腔16的内顶壁上安装有控制电路板15，控制腔16的侧壁上对称安装有两个光传感器17，控制电路板15上分别焊接有控制芯片14和两个接线端13，且两个接线端13分别电性连接两个光传感器17。

两个光传感器17分别盖设在两个光路管5插设在检测机4上的一端；

光传感器17在检测机4内检测通过光路管5传播的光束，从未检测光束的偏差距离，且光发射器8位于光源管9内，则光束始终位于光源管9、波纹管11和光路管5内，不受外界环境的干扰，增加测量的准确度。

光传感器17靠近光路管5的一侧贴附有多个光感元件19，多个光感元件19高度集成在一块线路板上，且每个光感元件19具有唯一的地址信息；

正常情况下，光束通过光发射器8发射，然后经过准直透镜12的中心后沿光路管5的中轴线平行传播，则平行的光束照射在光传感器17中间的一个光感元件19上，则此光感元件19检测到光信号并转换为电信号通过接线端13传递至控制芯片14内进行分析处理，分析结果为未偏移；

当岩层发生位移导致光源管9和光路管5之间发生偏移，即波纹管11弯曲后，则光发射器8发射的光束偏离光路管5的中轴线射在准直透镜12上，准直透镜12将偏移角度入射的光束经过校准折射后偏离准直透镜12的中心平行射出，即光束与光路管5的中轴线平行却不重合，偏离中轴线的光束射在光传感器17的一个非中心光感元件19上，此光感元件19将光信号转换成电信号输入至控制芯片14，且电信号包括此光感元件19的地址信息，控制芯片14通过地址信息计算光束偏移距离，并通过光束偏移距离计算光源管9的偏移角度和距离，达到内设阈值后启动报警。

隧道内侧壁上对称开设有两个检测槽18，且两个光源管9分别固定在两个检测槽18内；

隧道侧壁岩层的位移能够使检测槽18发生变形，则检测槽18变形压迫光源管9与光路管5发生偏移，则检测出光源管9的偏移即可了解岩层的位移情况。

检测机4的下端固定安装有扩音器6，扩音器6的下端安装有警示灯7；

正常情况下，扩音器6不发出警报声，警示灯7不亮，当岩层发生位移到达控制芯片14内置的警戒值时，控制芯片14控制扩音器6发出警报并控制警示灯7闪烁，提醒人员尽快撤离。

本发明在使用时，当发生岩层位移时，检测槽18变形压迫检测槽18内的光源管9，则光源管9发生倾斜，则波纹管11的一侧拉伸，光源管9倾斜时，通过安装架10固定的光发射器8同步倾斜，且光发射器发射的光束偏离光路管5的中轴线并与光路管5的中轴线呈一定角度，则光发射器8发射的光束倾斜入射准直透镜12，准直透镜12将倾斜光束折射校准后平行并偏离光路管5的中轴线射出，则光传感器17上偏离中心的一个光感元件19检测到光束信号，则此光感元件19将其地址信息以及接收到的光束信号转换为电信号通过接线端13输入到控制芯片14内，控制芯片14根据位置信息计算光束偏移距离，从而计算出光源管9和岩层的偏移距离，当偏移距离达到阈值时，控制芯片14控制扩音器6发出警报并控制警示灯7闪烁，提醒人员尽快撤离。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。