[发明专利]一种基于PSD传感器的地铁运营沉降智能监测和预警系统

权利要求书

1.一种基于PSD传感器的地铁运营沉降智能监测和预警系统，其特征在于，该系统至少包括：

——工控机，包括电脑控制总台(1)和通过过程控制接口卡PCI(13)连接的数据分析程序模块(8)和数据采集程序模块(2)，用于控制地铁隧道运营的监测和数据结果的分析；

——数据采集程序模块(2)，用于控制数据采集硬件(4)的数据采集；

——数据实时分析模块(8)，用于数据的实时分析，通过电脑控制总台动态读取监测数据，对数据进行分析，将数据结果转化为测点变形随时间的变化曲线，便于监测的实时分析应用；

——PLC控制器(3)，包括解码模块、无线主控装置、无线从动装置和A/D转换模块，用于解码工控机中采集控制程序模块(2)发出的指令，控制激光发射器(7)电源的开关和数据采集硬件(4)的数据采集，同时控制PSD光电位置传感器(6)运行工作和信号之间的转化；

——数据采集硬件(4)，用于采集PSD光电位置传感器(6)输出信号，并经信号调理器(5)处理的电信号，通过A/D转换模块所得数字信号；

——无线传输设备(9)，用于数据采集硬件(4)所采集数据的无线传输；

——信号调理器(5)，用于对PSD光电位置传感器(6)输出的电信号进行加工和处理，转换成便于输送、显示和记录的电信号；

——激光发射器(7)，用于发射激光束至PSD光电位置传感器(6)；

——PSD光电位置传感器(6)，用于将激光发射器发射在其上的光信号转化为电信号，通过光斑在传感器上位置变化所引起的电信号改变，确定光斑确切的位置变化；

——综合评价预警装置(10)，包括综合评判预警模块，用于将工控机传输的地铁隧道监测数据分析结果与相关规范值进行实时分析对比，并发出预警；

所述综合评价预警装置(10)连接工控机内的过程控制接口卡PCI(13)，过程控制接口卡PCI(13)分别连接PLC控制器(3)、无线传输设备(9)、数据采集程序模块(2)和数据实时分析模块(8)；PLC控制器(3)分别连接信号调理器(5)、激光发射器(7)、PSD光电位置传感器(6)和数据采集硬件(4)；数据采集硬件(4)连接无线传输设备(9)。

2.根据权利要求1所述的基于PSD传感器的地铁运营沉降智能监测和预警系统，其特征在于，所述PSD光电位置传感器(6)包括光斑传感器，PSD光电位置传感器(6)与激光发射器(7)分别安装于地铁隧道拱顶，所述传感器(6)将激光发射器(7)发射其上的光信号传输至光斑传感器，由光斑的位置变化确定地铁隧道变化。

3.根据权利要求1所述的基于PSD传感器的地铁运营沉降智能监测和预警系统，其特征在于，所述无线主控装置设在PLC控制器(3)中，无线从动装置分别与PSD光电位置传感器(6)、激光发射器(7)、数据采集硬件(4)和信号调理器(5)连接。

4.根据权利要求1所述的基于PSD传感器的地铁运营沉降智能监测和预警系统，其特征在于，系统进一步设有与工控机相连的沉降监测控制网基准点，所述沉降监测控制网基准点为布设在施工影响的变形区域以外稳固、便于寻找、保存和引测的水准测量基点，符合《国家一、二等水准点测量规范》(GB12897-2006)要求；所述水准测量基点设置符合《城市轨道交通工程测量规范》(GB 50308-2008)要求的埋设形式和规格。

5.根据权利要求1所述的基于PSD传感器的地铁运营沉降智能监测和预警系统，其特征在于，所述PSD光电位置传感器(6)和激光发射器(7)分别设于自动收缩保护装置(11)内。

6.根据权利要求5所述的基于PSD传感器的地铁运营沉降智能监测和预警系统，其特征在于，所述自动收缩保护装置(11)由多级依次套装的伸缩臂构成，在各相邻伸缩臂夹层内设有伸缩臂油缸，PSD光电位置传感器(6)或激光发射器(7)设于最内层伸缩臂端部。

7.根据权利要求5所述的基于PSD传感器的地铁运营沉降智能监测和预警系统，其特征在于，所述自动收缩保护装置(11)由多级能够相互折叠的连杆构成，PSD光电位置传感器(6)或激光发射器(7)设于连杆的端部。

8.一种基于权利要求1所述的PSD传感器的地铁运营沉降智能监测和预警方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

1)由VB编制的数据采集程序模块(2)通过电脑控制总台(1)发出控制指令，PLC控制器(3)接受工控机中电脑控制总台(1)所发出的指令，并解码识别控制指令；

2)通过PLC控制器(3)中的无线主控装置和无线从动装置分别控制PSD光电位置传感器(6)、激光发射器(7)、数据采集硬件(4)和信号调理器(5)的工作；

3)当激光发射器(7)和PSD光电位置传感器(6)识别出电脑控制总台(1)发出控制指令后，开始对地铁隧道管片变形进行监测；

4)PSD光电位置传感器(6)接受激光发射器(7)发射的激光束，并将光信号转换为电信号，并通过信号调理器(5)处理转换成便于输送、显示和记录的电信号；

5)通过处理后的电信号再由PLC控制器(3)中的A/D转换模块得到数字信号，最终将这些数字信号存储至数据采集硬件(4)中；

6)无线传输设备(9)将数据采集硬件(4)中所储存的数据传输到远端的电脑控制总台(1)；

7)数据实时分析模块(8)通过电脑控制总台(1)动态读取监测数据，对数据进行变形分析，并将数据结果转化为测点随时间的变化曲线，同时将数据进行拟合分析，便于监测的实时分析和应用；

8)系统的综合评价预警装置(10)将监测数据的结果与系统标准值进行对比分析和综合评价，对运营地铁隧道沉降及隧道结构安全进行预警。