一种自行式线状路径岩土变形监测装置的制作方法

本发明涉及一种自行式线状路径岩土变形监测装置，属岩土工程、地质工程、防灾减灾领域。

背景技术：

岩土体的变形监测是岩土工程、地质工程与防灾减灾领域的主要工作内容。自然界中的岩土体经过人工改造或受降雨、地震、水位变化等自然因素影响，可能产生不同程度的变形，如边坡、基坑、巷道与地基等工程建设，或崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝等地质灾害。这些岩土体的变形达到一定程度将威胁人类的生命财产安全，因此，需要开展岩土体的变形监测。目前，根据监测技术的测量范围，岩土体变形监测技术主要可分为点状监测、线状监测与面状监测。其中，点状监测是将各类变形传感器安装在岩土体表面一个或多个点位，开展各点位局部变形监测。线状监测技术主要有分布式光纤技术与电缆时域反射技术等，该类监测方法将光纤或电缆固定在岩土体表面，岩土体变形造成光纤与电缆拉伸，通过瑞利散射等光学原理或时域反射原理计算变形。面状监测是通过全站仪、三维激光扫描仪或雷达等设备对岩土体表面进行扫描，通过测量岩土体表面大量点位的变形数据计算整体变形情况。

点状监测的缺陷是仅能对有限数量的点位同时开展监测，所得的监测数据仅能代表测点局部的变形情况。如需监测岩土体较大范围内的变形情况，需要安装大量的传感器及配套的供电、数据采集、储存与传输设备，成本高昂。分布式光纤技术与电缆时域反射等线状监测技术的缺陷是仅能获取监测路径上的变形量数据，而无法获得变形方向数据，且光纤允许的变形量较小，如果岩土体产生较大量的变形，将拉断光纤，造成监测系统失效。面状监测的缺陷是需要一定的操作空间，全站仪、三维激光扫描仪或雷达等设备需要距离需监测的岩土体表面一定距离才可开展工作，无法在狭小的空间内使用。此外，高精度的分布式光纤、时域反射、三维激光扫描与雷达等监测设备主要依靠发达国家进口，价格昂贵，如需开展自动化监测，需要将监测设备长期固定使用，成本高昂，很难大范围使用。

技术实现要素：

为了克服上述技术缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种自行式线状路径岩土变形监测装置，包括线状轨道，线状轨道固定在岩土体表面上，线状轨道的两侧设置有导轨，线状轨道上表面上设置有齿条；

所述自行式线状路径岩土变形监测装置还包括测量车，测量车上具有导向轮，导向轮与所述导轨相适应，以使得测量车可沿着导轨进行移动；测量车上具有测量组件、电源组件及控制组件，测量组件用于测量岩土变形数据，电源组件用于给测量车供电；测量车具有底盘、电动机、主动齿轮以及从动齿轮，主动齿轮固定在电动机的转动轴上，底盘在电动机固定位置有开口，从动齿轮通过齿轮转轴安装在所述开口中，从动齿轮上端与主动齿轮啮合，下端与所述齿条啮合，控制组件用于控制所述电动机进行运动，从而驱动主动齿轮转动，以带动从动齿轮在所述齿条上转动，使得车辆移动；

线状轨道的起始端处设置有基座，基座用于与测量车连接后获取测量组件的测量数据，并给所述电源组件供电。

在本发明的自行式线状路径岩土变形监测装置中，所述线状轨道的剖面为“工”字形，“工”字形的上部的两侧边均向外凸起形成导轨，所述导向轮的侧面上开设有导向凹槽圈，所述导向凸起带位于所述导向凹槽圈进行活动连接，导向凹槽圈可沿着导轨进行移动，从而使得测量车沿着轨道进行移动。

在本发明的自行式线状路径岩土变形监测装置中，“工”字形的下部通过膨胀螺丝或土钉固定在岩土体表面。

在本发明的自行式线状路径岩土变形监测装置中，所述齿条设置于“工”字形的上部的上表面，且沿着轨道进行设置；所述线状轨道由聚酰胺材质制成，可弯曲。

在本发明的自行式线状路径岩土变形监测装置中，还包括导向轮轴，每个导向轮轴对应一个导向轮，共四个导向轮轴，对于每个导向轮轴：上端固定在底盘上，下端固定导向轮上。

所述测量组件中设有距离传感器、角速度传感器、加速度传感器与姿态角传感器。

在本发明的自行式线状路径岩土变形监测装置中，所述基座与所述测量车上分别设有插座以及插头，用于在插头插设在插座中时，进行所述测量数据的传输以及充电。

在本发明的自行式线状路径岩土变形监测装置中，所述基座上设有数据存储发射器、天线以及电源接口，电源接口用于连接外部电源，给基座供电，数据存储发射器用于存储所述测量数据和/或通过所述天线将所述测量数据发送出去。

在本发明的自行式线状路径岩土变形监测装置中，所述测量车宽度小于30mm，长度小于60mm。

在本发明的自行式线状路径岩土变形监测装置中，所述控制组件内预设有最远移动距离，所述测量组件中包括距离传感器，距离传感器用于检测测量车每次从线状轨道的起始端开始的运行距离，所述控制组件在所述运行距离达到所述最远移动距离，自动控制所述测量车原路返回；所述测量车上具有连接接口或者无线通信单元，用于连接外部设备，以通过所述外部设备预设所述最远移动距离。

在本发明的自行式线状路径岩土变形监测装置中，所述线状轨道可弯曲为曲率半径大于300mm的弧形，测量小车可沿弯曲的线状轨道运动。

与现有技术相比，本发明的自行式线状路径岩土变形监测装置适用于小型化设计，可开展狭小空间工作；成本低，仅需一套测量单元即可开展长距离、大范围监测；自动化程度高，可自动或远程控制与发送数据。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的自行式线状路径岩土变形监测装置一实施例的整体结构图；

图2是本发明的图1中a-a’剖面图结构示意图；

图3本发明的图1中b-b’剖面图结构示意图；

1-线状轨道；2-膨胀螺丝(或土钉)；3-导向轮；4-导向轮轴；5-底盘；6-控制组件；7-电动机；8-主动齿轮；9-从动齿轮；10-齿轮转轴；11-测量组件；12-电源组件；13-插头；14-插座；15-天线；16-数据储存发射器；17-电源接口；18-轨道起始端。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1-3，本发明的自行式线状路径岩土变形监测装置包括线状轨道1，线状轨道1固定在岩土体表面上，线状轨道1的两侧设置有导轨，线状轨道1上表面上设置有齿条(即图中的波浪形)；优选地，线状轨道可弯曲为曲率半径大于300mm的弧形。

所述自行式线状路径岩土变形监测装置还包括测量车，测量车宽度小于30mm，长度小于60mm。

测量车上具有导向轮3，导向轮3与所述导轨相适应，以使得测量车可沿着导轨进行移动；测量车上具有测量组件11、电源组件12及控制组件(例如控制器)6，测量组件11用于测量岩土变形数据，电源组件(例如蓄电池组件)12用于给测量车供电；测量车具有底盘5、电动机7、主动齿轮8以及从动齿轮9，主动齿轮8固定在电动机7的转动轴上，底盘5在电动机固定位置有开口，从动齿轮9通过齿轮转轴10安装在所述开口中，从动齿轮9上端与主动齿轮8啮合，下端与所述齿条啮合，控制组件6用于控制所述电动机进行运动，从而驱动主动齿轮8转动，以带动从动齿轮9在所述齿条上转动，使得车辆移动；测量组件11中设有距离传感器、角速度传感器、加速度传感器与姿态角传感器，在所述测量车沿轨道运动过程中，可开展实时距离、角速度、加速度与姿态角监测数据采集。

线状轨道1的起始端处设置有基座，基座用于与测量车连接后获取测量组件的测量数据，并给所述电源组件供电。

在本实施例中，线状轨道1的剖面为“工”字形，“工”字形的上部(即“工”字上部的一横)的两侧边均向外凸起形成导轨，导向轮3的侧面上开设有导向凹槽圈，所述导向凸起带位于所述导向凹槽圈进行活动连接，导向凹槽圈可沿着导轨进行移动，从而使得测量车沿着轨道进行移动。“工”字形的下部(即“工”字下部的一横)通过膨胀螺丝或土钉2固定在岩土体表面。齿条设置于“工”字形的上部的上表面，且沿着轨道进行设置；线状轨道1由聚酰胺材质制成，可弯曲。

测量车还包括：导向轮轴4，每个导向轮轴4对应一个导向轮3，共四个导向轮轴4，对于每个导向轮轴4：导向轮轴4上端通过两个固定螺丝帽固定在底盘5上，固定螺丝帽一个位于底盘上，一个位于底盘下，导向轮轴4下端通过两个固定螺丝帽固定导向轮3上，固定螺丝帽一个位于导向轮3上，一个位于导向轮3下。

基座与测量车上分别设有插座14以及插头13，用于在插头13插设在插座14中时，进行测量组件11的测量数据传输以及为电源组件12充电。基座上设有数据存储发射器16、天线15以及电源接口17，电源接口17用于连接外部电源，给基座供电，从而一方面给基座本身供电，另一方面给测量车中的电源组件12充电，数据存储发射器16用于存储所述测量数据和/或通过所述天线15将所述测量数据发送出去，例如通过本地无线网络发送至附近的处理设备或者通过远程通信网络传输至因特网。

在本发明的自行式线状路径岩土变形监测装置中，所述控制组件6内预设有最远移动距离，所述测量组件6中包括距离传感器，距离传感器用于检测测量车每次从线状轨道1的起始端开始的运行距离，所述控制组件6在所述运行距离达到所述最远移动距离，自动控制所述测量车原路返回；所述测量车上的插头13可用于连接外部设备，以通过所述外部设备预设所述测量车最远移动距离和测量组件数据采集方式，外部设备例如是笔记本电脑、手机等。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。