一种高速公路路堤沉降自动化监测预警装置的制作方法

1.本实用新型涉及公路安全监测领域，尤其涉及一种高速公路路堤沉降自动化监测预警装置，用于实时监测高速公路沿线的路堤的沉降等相关参数。


背景技术：

2.高速公路是保证国家交通运输的重要基础设施，快速和安全是它的主要特征。高速公路的沉降会降低路面平整度，是影响高速公路运行安全的主要原因之一。因此，对高速公路全线，尤其是重点区域进行沉降监测，实时掌握高速公路的运行安全状态十分重要。
3.常规的高速公路沉降监测首先选取沿线的重点路段作为监测点，然后对监测点处的沉降量进行实时监测。随着高速公路里程的不断增长，传统的高速公路的沉降监测方式存在两个问题：第一，监测参数单一。现阶段的沉降监测主要为沉降量监测，而实际情况中，温度、湿度等环境因素同样会影响高速公路路堤沉降状态，应当开展对高速公路沉降的全面监测；第二，监测反馈不及时。高速公路不同于其他基础设施的使用方式，其使用主体为广大不确定的驾驶人员，高速公路的沉降状态会直接影响驾驶情况。因此，高速公路监测应与大多基础建设将监测结果反馈至管理中心不同，其应当寻求一种更为实时的方式，以提升高速公路使用安全性。


技术实现要素：

4.本实用新型的发明目的在于提供一种用于实现高速公路路堤沉降自动化监测及监测预警结果实时发布的装置。
5.另外，面对现有监测装置监测参数单一的问题，本实用新型还提供一种可以自动监测多种高速公路路堤沉降相关参数的装置。
6.上述目的的实现方案具体介绍如下：一种高速公路路堤沉降自动化监测预警装置，包括地下监测仪器、电源模块和信号灯组件，所述地下监测仪器埋在路基下方的土层中，所述电源模块采用太阳能电池，与所述信号灯组件一同设置在路边；
7.所述地下监测仪器包括路堤沉降监测模块、信号处理器和防护罩；
8.所述路堤沉降监测模块包括测杆锚头、测杆、测杆拉杆连接座、拉杆和位移传感器，所述测杆锚头与所述测杆的下端相连，所述测杆拉杆连接座与所述测杆的上端相连，整体设置在地基下方的钻孔中，并埋在现浇水泥砂浆层中，所述位移传感器与所述拉杆上端相连，所述拉杆下端通过连接所述测杆拉杆连接座与所述测杆相连；
9.所述防护罩底面与水泥砂浆层的上端面相接，并包裹在现浇混凝土层中；
10.所述信号处理模块和所述位移传感器均设置在所述防护罩内；
11.所述电源模块与所述位移传感器，信号处理器和信号灯组件分别相连，为它们提供工作电源，所述信号处理器与所述位移传感器和所述信号灯组件或所述信号灯组件的供电电路相连，根据所述位移传感器的监测数据控制所述信号灯组件的显示情况。
12.本实用新型的地下监测仪器、电源模块和信号灯组件均设置在高速公路监测现
场，路堤沉降信号采集后，即刻通过信号灯组件产生预警信息提醒路面驾驶人员注意。采集的堤沉降信号无需远距离传输，预警信息也无需等待监控中心发布，解决了现有技术中的监测反馈不及时问题。本实用新型除电源模块和信号灯组件放置在路面外，其余部件都埋入地下(埋入地下部件无需拆除)，遗留在路面的部件相对较少，在保证了路面沉降信息能够通过信号灯有效传递同时，尽可能减少了对车辆视线的影响。另外，本实用新型利用测杆锚头追踪测点位移，并带动测杆以及拉杆产生同样位移，通过位移传感器测量拉杆位移，间接追踪测点位移。
13.所述测杆长度范围为3～5m。
14.所述水泥砂浆层由插入钻孔底部并逐渐抽出的灌浆管注入水泥砂浆后浇筑而成，以使形成的浇筑层致密无空穴。
15.所述监测预警装置还包括用于监测温湿度的光纤监测组件，所述光纤监测组件包括光纤温湿度传感器、耦合器和光电处理装置，所述耦合器和所述光电处理装置设置在所述防护罩内，所述光纤温湿度传感器埋在与所述耦合器平齐的土层中，两者通过光纤连接，所述耦合器通过所述光电处理装置与所述信号处理器相连；所述光纤温湿度传感器设置在路基坡角处或者路面土路肩处。
16.光纤温湿度传感器的监测信号通过光纤传输到耦合器，由耦合器转换成电信号，再由光电处理装置进行预处理，然后输出到所述信号处理器，信号处理器根据所述光纤温湿度传感器和所述位移传感器的输入，控制信号灯组件的显示情况。温度、湿度等环境因素同样会影响高速公路路堤沉降状态，本实用新型自动监测多种高速公路路堤沉降相关参数，综合分析，可对高速公路沉降进行全面监测，解决了现有监测装置监测参数单一的问题。光纤温湿度传感需要定期检修及数据采集，放在路基坡角处或者路面土路肩处较为方便。
17.有益效果：
18.1)本实用新型的地下监测仪器、电源模块和信号灯组件均设置在高速公路监测现场，路堤沉降信号采集后，即刻通过信号灯组件产生预警信息提醒路面驾驶人员注意，采集的堤沉降信号无需远距离传输，预警信息也无需等待监控中心发布，解决了现有技术中的监测反馈不及时问题；
19.2)温度、湿度等环境因素同样会影响高速公路路堤沉降状态，本实用新型自动监测多种高速公路路堤沉降相关参数，综合分析，可对高速公路沉降进行全面监测，解决了现有监测装置监测参数单一的问题。
附图说明
20.图1是本实用新型较佳实施例的结构示意图；
21.附图标记说明：1为防护罩，2为信号处理器，3为混凝土浇筑块，4为光电处理装置，5为耦合器，6为位移传感器，7为拉杆，8为测杆
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拉杆连接座，9为灌浆管，10为测杆，11为测杆锚头，12为光纤，13为光纤温湿度传感器，14为信号电缆，15为传输线，16为太阳能电池，17为信号灯支架，18为信号灯。
具体实施方式
22.以下结合附图详细叙述本实用新型的具体实施方式，本实用新型的保护范围并不局限于以下实施方式。
23.本实施例高速公路路堤沉降自动化监测预警装置包括地下监测仪器、电源模块和信号灯组件，地下监测仪器埋在路基下方的土层中，电源模块采用太阳能电池16，与信号灯组件一同设置在路边。
24.地下监测仪器包括路堤沉降监测模块、信号处理器2和防护罩1。
25.路堤沉降监测模块包括测杆锚头11、测杆10、测杆拉杆连接座8、拉杆7和位移传感器6。测杆锚头11与测杆10的下端相连，测杆拉杆连接座8与测杆10的上端相连，整体设置在地基下方的钻孔中，并埋在现浇水泥砂浆层中，位移传感器6与拉杆7上端相连，拉杆7下端通过连接测杆拉杆连接座8与测杆10相连。
26.防护罩1底面与水泥砂浆层的上端面相接，并包裹在混凝土浇筑块3中。
27.信号处理模块2和位移传感器6均设置在防护罩1内。
28.电源模块与位移传感器6，信号处理器2和信号灯组件分别相连，为它们提供工作电源。信号处理器2与位移传感器6和信号灯组件的供电电路相连，根据位移传感器6的监测数据控制信号灯组件的显示情况。
29.本实用新型的地下监测仪器、电源模块和信号灯组件均设置在高速公路监测现场，路堤沉降信号采集后，即刻通过信号灯组件产生预警信息提醒路面驾驶人员注意。采集的堤沉降信号无需远距离传输，预警信息也无需等待监控中心发布，解决了现有技术中的监测反馈不及时问题。本实用新型除电源模块和信号灯组件放置在路面外，其余部件都埋入地下(埋入地下部件无需拆除)，遗留在路面的部件相对较少，在保证了路面沉降信息能够通过信号灯有效传递同时，尽可能减少了对车辆视线的影响。另外，本实用新型利用测杆锚头追踪测点位移，并带动测杆以及拉杆产生同样位移，通过位移传感器测量拉杆位移，间接追踪测点位移。
30.针对有多种显示状态(不只是亮灯和灭灯这两种状态)的信号灯组件，信号处理器还可直接与信号灯组件相连，通过控制信号灯组件在不同显示状态间切换，以输出不同的预警信息。
31.上面为本实用新型的基本实施方式，上述实施方式还可作如下改进：
32.水泥砂浆层由插入钻孔底部并逐渐抽出的灌浆管9注入水泥砂浆后浇筑而成，以使形成的浇筑层致密无空穴。
33.监测预警装置还包括用于监测温湿度的光纤监测组件，光纤监测组件包括光纤温湿度传感器13、耦合器5和光电处理装置4，耦合器5和光电处理装置4设置在防护罩1内，光纤温湿度传感器13埋在与耦合器5平齐的土层中，两者通过光纤12连接，耦合器5通过光电处理装置4与信号处理器2相连；光纤温湿度传感器13设置在路基坡角处或者路面土路肩处。
34.光纤温湿度传感器13的监测信号通过光纤12传输到耦合器5，由耦合器5转换成电信号，再由光电处理装置4进行预处理，然后输出到信号处理器2，信号处理器2根据光纤温湿度传感器13和位移传感器6的输入，控制信号灯组件的显示情况。
35.温度、湿度等环境因素同样会影响高速公路路堤沉降状态，本实用新型自动监测
多种高速公路路堤沉降相关参数，综合分析，可对高速公路沉降进行全面监测，解决了现有监测装置监测参数单一的问题。光纤温湿度传感需要定期检修及数据采集，放在路基坡角处或者路面土路肩处较为方便。
36.本实施例的防护罩1为abs塑料，厚度为5～7mm。信号处理器2安装于防护罩1内部，用于对监测数据进行预警评判，根据结果控制连接的太阳能电池16开关，其工作电压为1.2～3.6v。混凝土浇筑块3，用于固定防护罩1。光电处理装置4，用于转换耦合器5传输的信号，其工作电压为2.4～4.8v。耦合器5实现光电信号的转化。位移传感器6用于输出位移监测值，其工作电压为1.2～3.6v。拉杆7将测杆锚头11处的位移传递到位移传感器6处，其材质为不锈钢，其直径为5～10mm。测杆
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拉杆连接座8材质为铝，用于固定连接测杆10与拉杆7。灌浆管9用于向钻孔中注水泥砂浆，其长度为3～5m。测杆10用于传递监测处位移，其材质为不锈钢，其长度为3～5m。测杆锚头材质为不锈钢，用于确定监测点的实时位置。光纤其材质为玻璃纤维，其长度为2～10m。光纤温湿度传感器，其工作电压为1.2～3.6v。信号电缆14用于传输来自位移传感器和光纤温湿度传感器的信号数据，其长度为1～3m。传输线15用于连接地下监测仪器与地面光纤温湿度传感器，其长度为2～5m，其材质为无氧铜。太阳能电池16输出功率为50～300w。信号灯组件包括信号灯支架17和信号灯18，信号灯支架17用于安装信号灯18，其材质为不锈钢，信号灯18工作电压为12～24v。
37.本实施例的组装和使用方法如下：
38.(1)将安装了测杆锚头的测杆与灌浆管安装于预先设置的钻孔中，通过灌浆管进行灌浆；
39.(2)灌浆凝固后，通过测杆
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拉杆连接座连接拉杆，拉杆的另一端与位移传感器相连；
40.(3)光纤温湿度传感器和耦合器安装于钻孔上方，光纤温湿度传感器安装于与耦合器同一水平面位置，通过光纤连接耦合器及光电处理装置；
41.(4)通过信号电缆将光电处理装置、位移传感器与信号处理器连接；
42.(5)安装防护罩，位移传感器，光电处理装置，耦合器及信号处理器安放于防护罩内；
43.(6)将信号灯固定安装于信号灯支架上，由防护罩内引出传输线，分别连接地面上的太阳能电池及信号灯；
44.(7)在防护罩与路堤材料间调补混凝土，浇筑混凝土墩台，即图1中的3；
45.(8)铺好路堤材料等后，即可通过上述装置进行路堤的沉降量、温度及湿度监测，当监测数据超过预设值时，信号处理器将控制地面信号灯亮起。
46.本实施例高速公路路堤沉降自动化监测预警装置通过位移监测及光纤监测的组合技术，实现了对高速公路沉降相关的多种参数的监测。同时，利用信号处理器将监测信号转化为预警结果，并通过信号灯组件的亮灭向路面行驶人员及时输出沉降状态的实时预警信息。