[发明专利]简易型隧道断面仪

说明书

技术领域

本发明涉及隧道断面仪。

背景技术

开挖是隧道施工工期和造价的关键工序，超挖不仅因为出渣量及衬砌量增多而提高工程造价，还会因为局部超挖产生应力集中问题而直接影响围岩稳定性。欠挖则直接影响衬砌厚度，对于工程质量和安全产生隐患。各种资料显示，超欠挖控制对隧道结构的可靠度及经济效益有重要影响。隧道断面仪用于对隧道断面的快速精确测量。其核心部件为角度传感器和测距仪。

测距信息在隧道断面扫描中具有重要作用。按照测距原理，可以分为三角法、脉冲法、相位法。三角法是一束激光照射到物体上，部分漫反射激光经过棱镜在光电探测设备上成像。三角法在应用上有很多定位参数要求，在测量设备标定上非常繁琐而且费时，实测时若系统中某项参数无法准确得到，将使得测量数据产生误差。当测量设备有微小变动时，系统中每项参数都必须重新标定。见许智钦孙长库编著，《3D逆向工程》（中国计量出版社2002年4月第1版）p16。

考虑到隧道的环境，一般不适用三角法。何保喜主编，黄河水利出版社2005年8月出版之《全站仪测量技术》第二章第二节，介绍了目前全站仪的测距原理，主要是脉冲法、相位法测距，都需要对应的复杂的电子系统。脉冲法测距，直接测定测距仪发出的脉冲往返被测距离的时间。根据叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p8，用于计时的时钟频率即便有极微小的误差，也会导致很大的测量误差。比如时钟频率为100MHz，即便有±1Hz的频率误差，测距误差也将达到±1.5m。所以脉冲法测量精度低，主要用于远程低精度测量。相位法测距，其原理是通过测量连续的调制信号在待测距离上往返产生的相位变化来间接测定传播时间，从而求得传播距离。相位法测距，涉及复杂的控制和运算，比如测尺转换和控制、光路转换控制，减光自动控制，测相节奏（时序控制）、相位距离换算、粗精尺距离衔接运算等等（见叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p15）。测量的电子系统远比脉冲法复杂。由此会导致很多问题。叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p42第3章进行了分析，比如电路中的同频光电窜扰信号导致的周期误差，内部石英晶体振荡器受温度影响导致的误差。李广云、李宗春主编，测绘出版社2011年1月出版之《工业测量系统原理与应用》p134，也提及实际测距频率和设计频率不一致导致的测距误差问题。

有一个问题对测距精度至关重要，无论脉冲测距或者相位测距，其测距精度都取决于对大气中的光速的精确测量。而实际测量过程中，光速受到大气温度、湿度、气压等情况影响，需要事先测量这些气象参数，并进行相关的气象改正。根据李泽球主编，武汉理工大学出版社2012年7月出版之《全站仪测量技术》p22，全站仪的气象改正还与该全站仪所用测距光波的波长有关。

发明内容

本发明的目的在于提出一种测量精确、操作方便、适应隧道恶劣测量环境的简易型隧道断面仪。

为达到上述目的，本发明采取如下第一种技术方案：本发明具有基座、水平回转平台、支架和竖轴，支架固定在水平回转平台上，竖轴与基座固定连接，水平回转平台处于基座上且围绕竖轴的轴心线旋转，支架上设有水平的能围绕自身轴心线进行旋转的主横轴，在主横轴上固定有一号主观测装置，一号主观测装置为一内置CCD数字相机的望远镜，其视准轴称为一号主观测线，一号主观测线与主横轴的轴心线垂直相交，形成主交点；主横轴上还固定有轴架，轴架上设有能围绕自身轴心线进行旋转的副轴，副轴的轴心线与一号主观测线成空间垂直，且与主横轴的轴心线垂直相交，形成副交点，在副轴上固定有一号副观测装置，一号副观测装置为一激光器，其光轴称为一号副观测线，一号副观测线通过副交点且垂直于副轴的轴心线，一号主观测线和一号副观测线处于同一平面；在主横轴和支架相应部位之间安装主度盘，在副轴和轴架相应部位之间安装副度盘；上述水平回转平台的旋转为手动，主横轴及副轴的旋转均为电动。