[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

说明书

本发明公开了一种基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统，包括布设于隧道衬砌内壁的超声波雷达、安装于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三个传感器探头、控制模块，所述控制模块与所述三个传感器探头分别连接；所述声波定位装置包括至少一个反射镜片。本发明还公开了一种基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测方法。本发明基于超声波进行监测，不受隧道内恶劣工作环境和光线程度的影响，在保证监测精度的同时，可保障监测工作的长期开展，一台超声波雷达可配合多个监测断面上的多个声波定位装置使用，有效降低监测成本。

技术领域

本发明属于隧道工程监测技术领域，更具体地，涉及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。

背景技术

隧道在运营阶段会受到各种结构病害的影响，如果不加以监测和控制，不仅会造成经济损失，严重的甚至会带来生命财产损失。其中，隧道结构收敛变形是最直观的风险表现类型，也是结构病害发生、发展的来源之一。因此，对结构收敛变形的监测是隧道健康运营的重点关注内容之一。

常规的隧道收敛变形监测方法主要有点式直接测量法、全站仪测量法、三维激光扫描技术。对于密闭型隧道而言，采用上述收敛变形监测方法，首先要求测量环境粉尘含量低和隧道内照明质量好，否则测量精度难以保证；其次，若想完成对隧道结构收敛变形的全面反映，需间隔性地密集布设大量监测断面，现有方法虽在技术上可行，但需要大量人工成本；最后，由于对隧道收敛变形的监测是一个长期、稳定的过程，而目前的监测方法中点式直接测量法、全站仪测量法均难以做到长期性监测，激光扫描方法由于受隧道内环境影响大，难以做到持续稳定地准确测量。由此可见，关于隧道收敛变形的长期监测，目前的方法仍有一定的局限性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种可实时、不受干扰地获取隧道结构的收敛变形情况的隧道结构收敛长期监测系统及方法。

为了实现上述目的，按照本发明一个方面，提供一种基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测系统，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步的，所述控制模块包括温度补偿单元。

进一步的，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。

进一步的，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。

按照本发明另一个方面，还提供一种基于超声波雷达的隧道结构收敛变形监测方法，应用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：