專利名稱：一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的應(yīng)用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于隧道安全監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的 應(yīng)用系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著高速鐵路、地鐵、隧道公路等隧道交通的不斷發(fā)展，隧道安全監(jiān)測(cè) 已經(jīng)成為保障隧道安全運(yùn)行不可或缺的因素。特別是在高速鐵路運(yùn)行系統(tǒng)中， 隧道安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)融入到信號(hào)系統(tǒng)的控車信號(hào)等信號(hào)集成系統(tǒng)中。對(duì)于 隧道安全的決定性指標(biāo)是隧道受到應(yīng)力后的形變狀態(tài)，特別是隧道受到的由 上而下的壓力使隧道產(chǎn)生的形變是對(duì)隧道安全的最大威脅。對(duì)于穿越巖層的 隧道，主要應(yīng)力是受到的巖層壓力的作用而產(chǎn)生的形變，而對(duì)于土質(zhì)結(jié)構(gòu)或 水底隧道，主要應(yīng)力是來(lái)自于上方的壓力造成隧道在縱向的形變。這種形變 變化量很小，不容易被査覺(jué)，但是很可能存在巨大的危險(xiǎn)。
目前常用的隧道應(yīng)力形變監(jiān)測(cè)手段，是通過(guò)置入式應(yīng)變傳感器測(cè)量隧道 形變變化，這些傳感器在修建隧道時(shí)，被置入隧道構(gòu)件中，不能靈活安裝， 并且只能感應(yīng)隧道某個(gè)局部的形變，無(wú)法從整體測(cè)量整個(gè)隧道的形變。另一 種測(cè)量隧道應(yīng)力形變的方法，是采用光學(xué)方法，如光柵技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，但由 于光學(xué)技術(shù)對(duì)于環(huán)境要求較高，且價(jià)格昂貴，在實(shí)際應(yīng)用上不具有可實(shí)施性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的應(yīng)用系統(tǒng)，解決目前隧
4道應(yīng)力形變的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，無(wú)法整體監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變和設(shè)備安裝復(fù)雜的問(wèn) 題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是， 一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的應(yīng)用系統(tǒng)，其特征是所述 應(yīng)用系統(tǒng)由渦流傳感器形變采集單元陣列、現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元、數(shù)據(jù)采 集與處理服務(wù)器和數(shù)據(jù)查詢與顯示終端組成；
所述渦流傳感器形變采集單元陣列由渦流傳感器形變采集單元組成，每個(gè) 渦流傳感器形變采集單元通過(guò)普通電線和現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元連接；
所述現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元通過(guò)CAN總線或以太網(wǎng)和所述數(shù)據(jù)采集與 處理服務(wù)器相連；
所述數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)和數(shù)據(jù)査詢與顯示終端相連；
所述渦流傳感器形變采集單元由渦流傳感器、底面固定支架、卡具、金屬 絲或可調(diào)金屬桿、測(cè)試吊錘組成；其中，
所述渦流傳感器通過(guò)卡具固定安裝在底面固定支架上；所述測(cè)試吊錘通過(guò) 金屬絲或可調(diào)金屬桿同定在隧道頂面，且所述測(cè)試吊錘下表面與渦流傳感器的 探頭之間的距間小于渦流傳感器的有效測(cè)試量程；
所述現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元由電流電壓轉(zhuǎn)換模塊、電于開(kāi)關(guān)陣列與A/D 轉(zhuǎn)換單元、CPU、通信單元以及電源模塊組成；其中，
所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊和電子開(kāi)關(guān)陣列與A/D轉(zhuǎn)換單元相連，用于將渦流 傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；
所述電子開(kāi)關(guān)陣列與A/D轉(zhuǎn)換單元和CPU相連，用于將模擬的電壓信號(hào) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并傳輸給CPU處理；
所述CPU與通信單元相連，實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)接口的連接功能；
所述通信單元為外部提供CAN總線輸出端或者以太網(wǎng)接口 ；
所述電源模塊為現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元供電；
所述數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)保存模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、隧道形變實(shí)時(shí)柱狀圖產(chǎn)生模塊、數(shù)據(jù)査詢模塊、現(xiàn)場(chǎng) 采集前端管理模塊；其中，
數(shù)據(jù)采集模塊將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元采集的應(yīng)力形變數(shù)字信號(hào)采集 到服務(wù)器；數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)將采集的應(yīng)力形變數(shù)字信號(hào)中的隨機(jī)抖動(dòng)干擾濾 去；數(shù)據(jù)保存模塊負(fù)責(zé)將處理后的應(yīng)力形變數(shù)字信號(hào)存入數(shù)據(jù)庫(kù)；數(shù)據(jù)庫(kù)管理 模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的人員信息和IP地址的管理；隧道形變實(shí)時(shí)柱狀圖產(chǎn) 生模塊負(fù)責(zé)不同測(cè)試點(diǎn)當(dāng)前情況下應(yīng)力形變變化柱狀圖的生成；數(shù)據(jù)查詢模塊 負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)查詢與顯示終端提出的查詢請(qǐng)求，并將結(jié)果顯示在數(shù)據(jù)查詢與顯 示終端的顯示器上；現(xiàn)場(chǎng)采集前端管理模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元 的管理及維護(hù)。
所述底面固定支架由水泥臺(tái)制成。
所述渦流傳感器的輸出電流為4-20毫安的恒流，有效測(cè)試量程大于5毫 米，測(cè)試精度高于5微米。
所述渦流傳感器使用直流24V電源供電，并采用雙路冗余供電模式。 所述電流電壓轉(zhuǎn)化模塊實(shí)現(xiàn)0-20毫安范圍電流到0-5伏特范圍電壓的轉(zhuǎn)換。
所述CAN總線采用光耦隔離方式。
所述電源模塊釆用兩路24V電源，并通過(guò)保護(hù)二極管進(jìn)行共陰極并連，實(shí) 現(xiàn)電源互備。
本發(fā)明提供的一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的應(yīng)用系統(tǒng)，安裝實(shí)施簡(jiǎn)便，測(cè)試過(guò) 程不受環(huán)境因素的影響，測(cè)試精度髙，并且可以實(shí)現(xiàn)隧道的整體應(yīng)力形變的監(jiān) 測(cè)，從而為隧道的安全運(yùn)行提供了有效的保障。


圖1是渦流傳感器形變采集單元在隧道內(nèi)的安裝示意圖。圖2是本發(fā)明提供的一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元組成結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器組成結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅 僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
由于鐵路、地鐵、公路等的隧道內(nèi)環(huán)境復(fù)雜、情況多變，并且隧道往往 距離比較長(zhǎng)，因此采用選取個(gè)別點(diǎn)安裝測(cè)試傳感器的方式不能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)隧道
的整體變化情況。而由于渦流傳感器的電流輸出為4-20毫安的恒流型標(biāo)準(zhǔn)信 號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)在一定距離內(nèi)的遠(yuǎn)程傳輸；同時(shí)，渦流傳感器電流輸出變化與
應(yīng)力形變值是線性關(guān)系，因此通過(guò)渦流傳感器來(lái)測(cè)量電流變化的大小就可以 得到應(yīng)力形變變化的大小。本發(fā)明基于這一思想，在設(shè)定的距離間隔內(nèi)布設(shè) 渦流傳感器形變釆集單元，形成渦流傳感器形變采集單元陣列，通過(guò)陣列監(jiān) 測(cè)隧道的整體應(yīng)力形變狀態(tài)，從而提高了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。
圖1是渦流傳感器形變采集單元在隧道內(nèi)的安裝示意圖。圖1中，隧道101 中的每個(gè)渦流傳感器形變采集單元由渦流傳感器104、底面固定支架102、卡 具103、金屬絲或可調(diào)金屬桿106、測(cè)試吊錘105組成。其安裝方式如下渦 流傳感器104通過(guò)卡具103固定安裝在底面固定支架102上，測(cè)試吊錘105通 過(guò)金屬絲或可調(diào)金屬桿106采用膨脹螺栓107或其他方式固定在隧道頂面，且 測(cè)試吊錘104的下表面與渦流傳感器105的探頭之間的距間小于渦流傳感器的 有效測(cè)試量程。渦流傳感器采用輸出電流為4-20毫安的恒流、有效測(cè)試量程大 于5毫米，測(cè)試精度高于5微米的渦流傳感器。這樣安裝之后，當(dāng)隧道頂面因 為受到壓力過(guò)大而變形時(shí)，測(cè)試吊錘與渦流傳感器之間的距離會(huì)發(fā)生變化，從 而導(dǎo)致渦流傳感器的輸出電流發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量渦流傳感器輸出的電流值，
7就可以測(cè)量隧道各點(diǎn)的形變情況。渦流傳感器采用布設(shè)在隧道中的24V電源母
線為渦流傳感器提供電源。所有的渦流傳感器共用24V電源母線，同時(shí)，電源
采用雙路冗余供電模式，保證一路電源出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，另一路電源可以接替進(jìn)行 工作，保證監(jiān)測(cè)不會(huì)中斷。
圖2是本發(fā)明提供的一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖 2中，本發(fā)明提供的一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的應(yīng)用系統(tǒng)由渦流傳感器形變采集 單元陣列206、現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元202、數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器203和 數(shù)據(jù)查詢與顯示終端204組成。其中，渦流傳感器形變采集單元陣列206由渦 流傳感器形變采集單元201組成，每個(gè)渦流傳感器形變采集單元通過(guò)普通電線 207與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元202連接，所有的渦流傳感器共用24V電源母 線205。普通電線207將渦流傳感器形變采集單元201采集的電流傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng) 信號(hào)采集與傳輸單元202中?，F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元202通過(guò)CAN總線或 以太網(wǎng)208與數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器203相連，其主要功能是將每一個(gè)渦流傳 感器形變采集單元201輸出的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，同時(shí)通過(guò)上傳數(shù)據(jù) 通道傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器203。 CAN總線采用光耦隔離方式。數(shù)據(jù)采 集與處理服務(wù)器203通過(guò)以太網(wǎng)209與數(shù)據(jù)查詢與顯示終端204相連。數(shù)據(jù)采 集與處理服務(wù)器203實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元202的數(shù)據(jù)采集與管理， 同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)可以采用SQL SERVER等。數(shù)據(jù)采集 與處理服務(wù)器203運(yùn)行服務(wù)器應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)， 同時(shí)下發(fā)采集命令。
圖3是現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元組成結(jié)構(gòu)示意圖。圖3中，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集 與傳輸單元由電流電壓轉(zhuǎn)換模塊、電子開(kāi)關(guān)陣列與A/D轉(zhuǎn)換單元、CPU、通信 單元以及電源模塊組成。電流電壓轉(zhuǎn)換模塊與渦流傳感器形變采集單元對(duì)應(yīng)， 每個(gè)渦流傳感器形變采集單元都有一個(gè)電流電壓轉(zhuǎn)換模塊用于接收和處理渦 流傳感器形變采集單元傳送過(guò)來(lái)的電流信號(hào)。每個(gè)電流電壓轉(zhuǎn)換模塊都與電子開(kāi)關(guān)陣列與A/D轉(zhuǎn)換單元相連，用于將渦流傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓 信號(hào)。電流電壓轉(zhuǎn)化模塊實(shí)現(xiàn)0-20毫安范圍電流到0-5伏特范圍電壓的轉(zhuǎn)換。 電子開(kāi)關(guān)陣列與A/D轉(zhuǎn)換單元與CPU相連，用于將模擬的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)并傳輸給CPU處理。CPU與通信單元相連，實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)接口連接 功能，CPU可采用通用的PIC18FJ60帶以太網(wǎng)模塊的CPU。通信單元為外部 提供CAN總線輸出端或者以太網(wǎng)接口。如果外部網(wǎng)絡(luò)使用的是CAN總線，則 通信單元要提供CAN總線輸出端，保證處理后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)CAN總線傳輸 給數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器。如果外部網(wǎng)絡(luò)使用的是以太網(wǎng)，則需要一臺(tái)以太網(wǎng) 交換機(jī)，通信單元通過(guò)以太網(wǎng)接口將處理后的數(shù)字信號(hào)發(fā)送到以太網(wǎng)，再?gòu)囊?太網(wǎng)進(jìn)入以太網(wǎng)交換機(jī)，最后從以太網(wǎng)交換機(jī)輸出到具有CAN總線接口的數(shù) 據(jù)采集與處理服務(wù)器。電源模塊采用兩路24V電源，并通過(guò)保護(hù)二極管進(jìn)行共 陰極并連，實(shí)現(xiàn)電源互備。
圖4是數(shù)據(jù)釆集與處理服務(wù)器組成結(jié)構(gòu)示意圖。圖4中，數(shù)據(jù)采集與處理 服務(wù)器包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)保存模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、 隧道形變實(shí)時(shí)柱狀圖產(chǎn)生模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊以及現(xiàn)場(chǎng)采集前端管理模塊。數(shù) 據(jù)采集模塊主要是通過(guò)CAN網(wǎng)或以太網(wǎng)，將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元采集的 應(yīng)力形變數(shù)字信號(hào)采集到服務(wù)器；數(shù)據(jù)處理模塊是對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由于 形變是緩變過(guò)程，因此對(duì)于列車通過(guò)所引起的抖動(dòng)要進(jìn)行大時(shí)間常數(shù)據(jù)的數(shù)字 平滑濾波，將隨機(jī)抖動(dòng)干擾濾去，同時(shí)保證信號(hào)的安全可靠，并且對(duì)原始狀態(tài) 的形變數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，存入實(shí)際形變值。在系統(tǒng)上電時(shí)，同一時(shí)間，所有渦流 傳感器的值不是一定的，該系統(tǒng)基于系統(tǒng)上電后的渦流傳感器測(cè)量信號(hào)的相對(duì) 變化作為分析數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的人員信息和IP地址 的管理。隧道形變實(shí)時(shí)柱狀圖產(chǎn)生模塊負(fù)責(zé)不同測(cè)試點(diǎn)當(dāng)前情況下應(yīng)力形變變 化柱狀圖的生成與顯示。數(shù)據(jù)查詢模塊負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)査詢與顯示終端提出的査 詢請(qǐng)求，并將結(jié)果顯示在終端的顯示器上。如通過(guò)對(duì)某一點(diǎn)形變歷史數(shù)據(jù)的查詢可以了解該點(diǎn)在一個(gè)歷史時(shí)期形變走向，通過(guò)顯示形變時(shí)間曲線，可以為隧 道專家提供良好而豐富的分析數(shù)據(jù)。通過(guò)隧道多點(diǎn)以時(shí)間、形變?nèi)S數(shù)據(jù)分析 隧道中的整體形變走向，從而得到隧道所受應(yīng)力情況?，F(xiàn)場(chǎng)采集前端管理模塊， 實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元的管理及維護(hù)，包括單元編號(hào)、CAN地址、IP 地址等的管理和維護(hù)。
數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器中安裝有數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)在設(shè)計(jì)上由原始形變數(shù)據(jù) 表、數(shù)據(jù)釆集模塊地址表、形變實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表、控制人員表、設(shè)備狀態(tài)表等五個(gè) 表組成。原始形變數(shù)據(jù)表主要是用于存儲(chǔ)原始渦流形變數(shù)據(jù)，后來(lái)采集數(shù)據(jù)都 與對(duì)應(yīng)該點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較得到上電到數(shù)據(jù)釆集這段時(shí)間內(nèi)的形變變化；數(shù)據(jù)
采集模塊地址表存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與傳輸單元的網(wǎng)絡(luò)地址如CAN網(wǎng)地址或IP
地址；形變實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表存入采集各點(diǎn)的實(shí)時(shí)形變數(shù)據(jù)，該表是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù) 據(jù)主體；控制人員表用于存儲(chǔ)操作人員的個(gè)人信息以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)權(quán)限；設(shè)備 狀態(tài)表存入系統(tǒng)各設(shè)備的相關(guān)信息與工作狀態(tài)。
數(shù)據(jù)査詢與顯示終端通過(guò)以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)相連，對(duì)多種數(shù)據(jù)査 詢與顯示進(jìn)行處理，不具有數(shù)據(jù)修改能力，只能査詢數(shù)據(jù)。查詢內(nèi)容有測(cè)試前 端單點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)以及形變曲線；隧道整體在某一時(shí)間點(diǎn)的形變數(shù)據(jù)及曲線； 實(shí)現(xiàn)顯示整個(gè)隧道形變柱狀圖等功能。
由于現(xiàn)有技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)隧道應(yīng)力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)采集，而且也無(wú)法通 過(guò)定量的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道安全的診斷，這樣長(zhǎng)時(shí)間的積累容易造成不可挽回 的損失。同時(shí)隧道事故往往是一個(gè)長(zhǎng)期積累的結(jié)果，如果不能在一個(gè)歷史時(shí) 期內(nèi)得到隧道形變的變化趨勢(shì)數(shù)據(jù)，很難對(duì)隧道的安全運(yùn)行進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。 本發(fā)明提供的一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的應(yīng)用系統(tǒng)，較之現(xiàn)有技術(shù)，前端測(cè)試 設(shè)備安裝實(shí)施簡(jiǎn)便，測(cè)試過(guò)程不易受外界環(huán)境因素的影響，測(cè)試精度高，并 且可以實(shí)現(xiàn)隧道的整體應(yīng)力形變的監(jiān)測(cè)，從而為隧道的安全運(yùn)行提供了有效 的保障。本發(fā)明不僅可以應(yīng)用于交通隧道，還可應(yīng)用于礦山、地下施工等多種隧道形式的安全保障領(lǐng)域中。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可 輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明 的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的應(yīng)用系統(tǒng)，其特征是所述應(yīng)用系統(tǒng)由渦流傳感器形變采集單元陣列、現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元、數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器和數(shù)據(jù)查詢與顯示終端組成；所述渦流傳感器形變采集單元陣列由渦流傳感器形變采集單元組成，每個(gè)渦流傳感器形變采集單元通過(guò)普通電線和現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元連接；所述現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元通過(guò)CAN總線或以太網(wǎng)和所述數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器相連；所述數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)和數(shù)據(jù)查詢與顯示終端相連；所述渦流傳感器形變采集單元由渦流傳感器、底面固定支架、卡具、金屬絲或可調(diào)金屬桿、測(cè)試吊錘組成；其中，所述渦流傳感器通過(guò)卡具固定安裝在底面固定支架上；所述測(cè)試吊錘通過(guò)金屬絲或可調(diào)金屬桿固定在隧道頂面，且所述測(cè)試吊錘下表面與渦流傳感器的探頭之間的距間小于渦流傳感器的有效測(cè)試量程；所述現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元由電流電壓轉(zhuǎn)換模塊、電子開(kāi)關(guān)陣列與A/D轉(zhuǎn)換單元、CPU、通信單元以及電源模塊組成；其中，所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊和電子開(kāi)關(guān)陣列與A/D轉(zhuǎn)換單元相連，用于將渦流傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；所述電子開(kāi)關(guān)陣列與A/D轉(zhuǎn)換單元和CPU相連，用于將模擬的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并傳輸給CPU處理；所述CPU與通信單元相連，實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)接口的連接功能；所述通信單元為外部提供CAN總線輸出端或者以太網(wǎng)接口；所述電源模塊為現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元供電；所述數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)保存模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、隧道形變實(shí)時(shí)柱狀圖產(chǎn)生模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、現(xiàn)場(chǎng)采集前端管理模塊；其中，數(shù)據(jù)采集模塊將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元采集的應(yīng)力形變數(shù)字信號(hào)采集到服務(wù)器；數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)將采集的應(yīng)力形變數(shù)字信號(hào)中的隨機(jī)抖動(dòng)干擾濾去；數(shù)據(jù)保存模塊負(fù)責(zé)將處理后的應(yīng)力形變數(shù)字信號(hào)存入數(shù)據(jù)庫(kù)；數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的人員信息和IP地址的管理；隧道形變實(shí)時(shí)柱狀圖產(chǎn)生模塊負(fù)責(zé)不同測(cè)試點(diǎn)當(dāng)前情況下應(yīng)力形變變化柱狀圖的生成；數(shù)據(jù)查詢模塊負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)查詢與顯示終端提出的查詢請(qǐng)求，并將結(jié)果顯示在數(shù)據(jù)查詢與顯示終端的顯示器上；現(xiàn)場(chǎng)采集前端管理模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元的管理及維護(hù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的應(yīng)用系統(tǒng)，其特征是所述 底面固定支架由水泥臺(tái)制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的應(yīng)用系統(tǒng)，其特征是所述 渦流傳感器的輸出電流為4-20毫安的恒流，有效測(cè)試量程大于5毫米，測(cè)試精 度高于5微米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的應(yīng)用系統(tǒng)，其特征是所述 渦流傳感器使用直流24V電源供電，并采用雙路冗余供電模式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的應(yīng)用系統(tǒng)，其特征是所述 電流電壓轉(zhuǎn)化模塊實(shí)現(xiàn)0-20毫安范圍電流到0-5伏特范圍電壓的轉(zhuǎn)換。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的應(yīng)用系統(tǒng)，其特征是所述 CAN總線采用光耦隔離方式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的應(yīng)用系統(tǒng)，其特征是所述 電源模塊采用兩路24V電源，并通過(guò)保護(hù)二極管進(jìn)行共陰極并連，實(shí)現(xiàn)電源互備。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了隧道安全監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域中的一種監(jiān)測(cè)隧道應(yīng)力形變的應(yīng)用系統(tǒng)。技術(shù)方案是，所述應(yīng)用系統(tǒng)由渦流傳感器形變采集單元陣列、現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元、數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器和數(shù)據(jù)查詢與顯示終端組成；渦流傳感器形變采集單元陣列由渦流傳感器形變采集單元組成，每個(gè)渦流傳感器形變采集單元通過(guò)普通電線與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元連接；現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集與傳輸單元通過(guò)CAN總線或以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器相連；數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)查詢與顯示終端相連。本發(fā)明提供的應(yīng)用系統(tǒng)，測(cè)試精度高并且可以實(shí)現(xiàn)隧道的整體應(yīng)力形變的監(jiān)測(cè)，從而為隧道的安全運(yùn)行提供了有效的保障。
文檔編號(hào)G01L1/00GK101539396SQ200910081488
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者張智祥 申請(qǐng)人:北京佳訊飛鴻電氣股份有限公司