[发明专利]一种基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统及方法

权利要求书

1.一种基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统，其特征在于，包括布设于隧道衬砌内壁的超声波雷达、安装于所述超声波雷达外表面的带网孔金属罩、位于超声波发射范围内的至少一个声波定位装置；

所述超声波雷达包括至少一个传感器探头以及控制模块，所述传感器探头用于发射和接收超声波信号，所述控制模块，与所述传感器探头分别连接，用于控制所述传感器探头发射和接收超声波信号；

所述声波定位装置包括至少一个反射镜片，所述反射镜片与传感器探头相匹配设置，用于反射超声波信号；

所述超声波雷达包括超声波发射电路和超声波接收电路，超声波发射电路的输出端与所述传感器探头连接，该传感器探头与所述反射镜片之间双向光路连接，且所述传感器探头输出端与超声波接收电路连接，超声波接收电路的输出端与控制模块的输入端连接，而控制模块的输出端与超声波发射电路连接，共同构成闭合电路，所述控制模块控制传感器探头发射超声波，并接收被反射镜片反射回来的超声波，所述控制模块计时并处理获得隧道结构收敛变形结果。

2.根据权利要求1所述的基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统，其特征在于，所述系统还包括支撑底座，所述支撑底座布设于隧道衬砌内壁，所述超声波雷达安装于该支撑底座上。

3.根据权利要求1所述的基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统，其特征在于，所述声波定位装置还包括工业海绵及粘贴胶片，所述反射镜片安装于该工业海绵表面，所述工业海绵通过粘贴胶片固定于隧道衬砌内壁。

4.根据权利要求1所述的基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统，其特征在于，所述控制模块包括温度补偿单元。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统，其特征在于，所述超声波雷达还包括LED显示屏，其与所述控制模块连接，用于显示隧道收敛变形结果。

6.根据权利要求5所述的基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统，其特征在于，所述超声波雷达还包括WIFI信号接收器，其与所述控制模块连接，用于对隧道收敛变形结果进行远距离传输。

7.一种基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测方法，其特征在于，应用如权利要求1-6中任一项所述的基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统实现，包括如下步骤：

S100：对所监测的盾构隧道段进行现场勘察，根据监测等级确定相应的监测项目、监测断面与监测点；

S200：在隧道衬砌内壁监测断面布设超声波雷达，在超声波发射范围内布设声波定位装置；

S300：测试超声波雷达工作性能，确定超声波雷达能正常工作后，在超声波雷达表面安装带网孔金属罩；

S400：在超声波雷达中设定接收超声波信号的强度阈值，传感器探头向声波定位装置方向发射超声波，并接收达到强度阈值的反射波，控制模块根据超声波传输信息计算得到隧道结构收敛变形结果。

8.根据权利要求7所述的基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测方法，其特征在于，步骤S200具体包括如下步骤：

S201.在步骤S100确定的监测断面中，根据监测断面间隔距离以及超声波雷达监测范围选取监测断面布设超声波雷达；

S202.在步骤S100确定的每个监测断面上布设声波定位装置。

9.根据权利要求7所述的基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测方法，其特征在于，步骤S400具体包括如下步骤：

S401.在超声波雷达中设定接收超声波信号的强度阈值；

S402.传感器探头向声波定位装置方向发射超声波，接收达到强度阈值的反射波并计时，控制模块根据超声波发射到接收所经历的时间，结合声波传播速度转化成距离，得到传感器探头与反射镜片之间的距离；

S403.重复S402，得到传感器探头与反射镜片之间新的距离，计算两次距离之间的变化量即为隧道结构收敛变形结果。

10.根据权利要求7所述的基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测方法，其特征在于，所述方法还包括：S500：控制模块将隧道结构收敛变形结果传输到LED显示屏进行显示，并通过WIFI信号将隧道结构收敛变形结果传输到远程终端设备。