CN106643632A - 自动记录并处理数据的数显式隧道收敛计及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了自动记录并处理数据的数显式隧道收敛计及其使用方法，由测量装置与记录装置组成，包括挂钩、机身、调节螺母、温度传感器、背光显示屏、尺位销、USB数据传输接口、背光张力窗口、带孔钢尺、尺带摇柄、键盘及各控制按键，机身两端各有一挂钩，二挂钩位于同一轴线；调节螺母与机身相连，可通过转动调节钢尺张力，张力调节效果由背光张力窗口反馈；机身上固定有温度传感器，背光显示屏，通过控制按键对数据进行一键式记录；机身下方有USB接口，以传输所测数据至记录装置；记录装置可实现存储及自动处理数据功能，并输出.xls文件。克服了隧道内照明条件差对手写记录的影响；温度传感器所测温度可修正测量值，以保证更高精度。

Description

自动记录并处理数据的数显式隧道收敛计及其使用方法

技术领域

本发明涉及隧道监控量测技术领域，更具体涉及自动记录并处理数据的数显式隧道收敛计及其使用方法，它适用于矿山巷道、道路隧道等地下结构物在施工过程中的围岩变形量及变形速度监测。

背景技术

近年来，随着公路铁路交通事业的迅猛发展，隧道亦大量涌现。我国是一个多山地带国家，由于隧道有缩短线路长度、提高道路的可靠性和安全性的优点，因此，我国的隧道工程一直比较发达，可以预见在未来的几十年内中国必将修建更大量的交通隧道。当前，新奥法广泛普及于隧道施工中，监控量测则是新奥法中必不可少重要组成部分。判断围岩动态最直观和最重要的信息，则是隧道净空变化(收敛)量测，收敛量测是现场监控量测的主要内容。在各类围岩中，隧道开挖后均应进行围岩和支护的位移量测，位移量测是通过隧道净空变化测定计(收敛计)来进行。

现以常用的JSS30A型收敛计为例，虽然其测量精度达到了0.01mm，但受隧道施工环境及仪器本身功能的影响，在使用过程中仍存在着弊端与不便：首先，隧道施工环境光线较暗，测量员在记录数据时需借助手电等照明仪器；其次，隧道中可能存在渗水、滴水现象，测量员在手写记录数据时纸张会被浸湿导致数据不易识别；另外，在进行收敛计算时，温度亦是影响因素之一，使用传统收敛计进行测量，往往忽视温度对测量结果的影响；最后，记录数据后再进行处理，给工作带来了繁琐与不便。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供自动记录并处理数据的数显式隧道收敛计及其使用方法，它适用于三基线法测量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

自动记录并处理数据的数显式隧道收敛计，包括：通过USB接口彼此连接的测量装置和记录装置；

所述测量装置包括：机身，所述机身的两端分别设有第一挂钩和尺位销，所述机身上第一挂钩一侧设有带孔钢尺，所述带孔钢尺与尺带摇柄连接，所述带孔钢尺与第二挂钩连接；所述机身上第二挂钩一侧设有显示装置，所述带孔钢尺与显示装置之间设有调节螺母，所述显示装置上设有第一背光显示屏、温度传感器、第一电源按钮、第一USB数据传输接口、张力窗口、清零按钮和第一确认按钮，所述第一背光显示屏、温度传感器、第一电源按钮、清零按钮和第一确认按钮均与第一控制单元连接，所述第一控制单元还依次通过第一输出单元和第一USB数据传输接口与记录装置的第二USB数据传输接口连接；

所述记录装置，包括第二控制单元，所述第二控制单元通过接收单元与第二USB数据传输接口连接；所述第二控制单元还分别与第二电源按钮、删除按钮、主菜单按钮、第二确认按钮、返回按钮、键盘和第二背光显示屏连接；所述第二控制单元还依次通过第二输出单元和第二USB数据传输接口与PC端连接。

所述第一挂钩和第二挂钩分别与隧道的两个监测点连接；将尺位销穿入带孔钢尺并卡入带孔钢尺的定位孔。

测量时，通过第一电源按钮打开测量装置，通过第二电源按钮打开记录装置；在记录装置中选择或新建测量里程桩号，记录装置将显示测量时间、当次测量环境温度，同时提示选取测线布置方式及测线编号；设置完成后通过测量装置进行测量，通过第一USB数据传输接口和第二USB数据传输接口之间的连接关系，将测量装置的测量数据由测量装置传输给记录装置；测量数据由记录装置进行存储并在测量结束后进行自动处理；

测量完毕，通过测量装置的第二USB数据传输接口，将测量数据由测量装置传输给PC端。

测量结束后应断开数据连接，把钢尺收回，并将仪器放置于工具箱内，以保证仪器使用寿命。

自动记录并处理数据的数显式隧道收敛计的使用方法，包括如下步骤：

步骤(1)：装配测量装置及记录装置，将测量装置的第一挂钩和第二挂钩分别挂在隧道内的两个测点上，拉出带孔钢尺将带孔钢尺的定位孔固定在尺位销内；

步骤(2)：通过第一电源按钮打开测量装置，通过第二电源按钮打开记录装置；第一背光显示屏和第二背光显示屏常亮后，新建或选择测量任务，并选择测线编号；

步骤(3)：旋转测量装置的调节螺母，待红色刻度线夹于两黑线之间时，按第一确认按钮记录当次测量结果；

步骤(4)：按测量装置的清零按钮进行重复测量，测量完成后选择测量完成；

步骤(5)：重复步骤(1)-步骤(4)完成其他测线的测量；

步骤(6)：采用三基线法对隧道内部进行测量，测量结束后，完成测量任务，记录装置将自动记录当前测量时间、测量温度及测量数据，并进行数据处理得出隧道拱顶沉降速度、拱顶沉降累计值、水平收敛速度及水平收敛累计值；

步骤(7)：通过USB接口，将记录装置的数据传入到PC端。

本发明的有益效果：

1、背光屏可使测量人员规避隧道内照明条件差对记录数据的影响；

2、温度传感器省去了量测温度的操作；其自动记录、存储数据的功能简化了测量程序，可有效避免隧道内记录及人工进行下一步处理的误差。

3、所述装置的结构简单，操作简易，能够满足新奥法施工对隧道洞内收敛监控量测的要求。

附图说明

图1本发明测量装置结构示意图；

图2本发明记录装置结构示意图；

图3本发明测量原理示意图；

图4生成.xls文件示意图；

图5本发明电气连接及数据传输示意图；

其中，1a、第一挂钩；1b、第二挂钩；2、机身；3、调节螺母；4、温度传感器；5、第一背光显示屏；6、第一电源按钮；7、尺位销；8a、第一USB数据传输接口；8b、第二USB数据传输接口；9、背光张力窗口；10、清零按钮；11、第一确认按钮；12、带孔钢尺；13、尺带摇柄；14、第二背光显示屏；15、第二电源按钮；16、键盘；17、删除按钮；18、主菜单按钮；19、第二确认按钮；20、返回按钮；21、隧道断面；22、AC测线；23、BC测线；24、AB测线；25、第一控制单元；26、第一输出单元；27、接收单元；28、第二控制单元；29、第二输出单元；30、PC端。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

根据图1、图2可知，一种自动记录并处理数据的数显式收敛计，它由测量装置与记录装置组成。测量装置由第一挂钩1a、第二挂钩1b、机身2、调节螺母3、温度传感器4、第一背光显示屏5、第一电源按钮6、尺位销7、第一USB数据传输接口8a、第二USB数据传输接口8b、背光张力窗口9、清零按钮10、第一确认按钮11、带孔钢尺12与尺带摇柄13组成；记录装置由第二背光显示屏14、第二电源按钮15、键盘16、删除按钮17、主菜单按钮18、确认按钮19与返回按钮20组成。

如图3所示，以测量隧道断面21围岩收敛为例。首先测量BC测线23：将第一挂钩1a、第二挂钩1b分别连接BC测线23，旋转尺带摇柄13调节带孔钢尺12长度至其固定于尺位销7之上，以USB数据连接线通过第一USB数据传输接口8a和第二USB数据传输接口8b将测量装置与记录装置相连，此时，收敛计装配完成。按下测量装置第一电源按钮6、第二电源按钮15，第一背光显示屏5及记录装置的第二背光显示屏14状态为常亮，选择工程编号及测线编号后进行测量，转动调节螺母3，使得背光张力窗口9中红线夹于黑线之间，按下机身2的第一确认按钮11储存该次测量数据，按下清零按钮10，旋转调节螺母3至初始位置，进行重复测量，重复测量≥3次后，由键盘16中方向键选择完成测线测量后按第二确认按钮19，结束该测线测量，该次测量温度数据将由温度传感器4自动测得并输入至记录装置，记录装置的第二背光显示屏14会显示该次量测的测量时间，温度及该测线该次量测之测量平均值并进行存储。由以上步骤，继续测量AB测线24、AC测线22，由键盘16点选完成量测，按第二确认按钮19。

三测线指图3中测线AC、BC、AB

三基线法测量是测量隧道洞内收敛的一种方法，其基本原理是：三测线组成一三角形，当测得三角形三条边长时，可通过解三角形的公式(余弦定理、正弦定理)算出三角形的高h，两次测量结束后h的差值即拱顶沉降累计值，拱顶沉降速度即拱顶沉降速度/测量间隔天数；同理，两次测量BC的差值即水平收敛累计值，该累计值除以天数即水平收敛速度。

平时测量易忽视温度对钢尺的影响，事实上应进行温度校正，其温度修正公式为公知常识：

L'＝L_n[1-a(T₀-T_n)]；

其中，L'为第n次测量的钢尺实际读数，L_n为观测时的读数，a为常数，取12e-6，T₀为首次观测时的温度，T_n为第n次观察时的温度。

记录隧道拱顶沉降速度、拱顶沉降累计值、水平收敛速度及水平收敛累计值这四个参数是记录装置本身功能，记录装置可通过测量装置测得的AB、AC、BC的长度，以及对该断面测量的次数和当次测量的温度来换算出隧道拱顶沉降速度、拱顶沉降累计值、水平收敛速度及水平收敛累计值；

如图4所示，根据测量隧道围岩收敛的三基线法的基本原理，仪器将自动处理所测数据并生成.xls文件并得到温度(℃)、测量基线编号、测量记录、本次收敛(mm)、累积收敛(mm)、收敛速度(mm/d)、本次下沉(mm)、下沉速率(mm/d)和累积下沉(mm)之数据。主菜单按钮18、删除按钮17用于查看及管理数据。

如图5所示，所述测量装置上设有第一背光显示屏5、温度传感器4、第一电源按钮6、第一USB数据传输接口8a、背光张力窗口9、清零按钮10和第一确认按钮11，所述第一背光显示屏5、温度传感器4、第一电源按钮6、清零按钮10和第一确认按钮11均与第一控制单元连接，所述第一控制单元25还依次通过第一输出单元26和第一USB数据传输接口与记录装置第二USB数据传输接口连接；

所述记录装置，包括第二控制单元28，所述第二控制单元28通过接收单元27与第二USB数据传输接口8b连接；所述第二控制单元28还分别与第二电源按钮15、删除按钮17、主菜单按钮18、第二确认按钮19、返回按钮20、键盘16和第二背光显示屏14连接；所述第二控制单元还依次通过第二输出单元29和第二USB数据传输接口8b与PC端30连接。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.自动记录并处理数据的数显式隧道收敛计，其特征是，包括：通过USB接口彼此连接的测量装置和记录装置；

所述测量装置包括：机身，所述机身的两端分别设有第一挂钩和尺位销，所述机身上第一挂钩一侧设有带孔钢尺，所述带孔钢尺与尺带摇柄连接，所述带孔钢尺与第二挂钩连接；所述机身上第二挂钩一侧设有显示装置，所述带孔钢尺与显示装置之间设有调节螺母，所述显示装置上设有第一背光显示屏、温度传感器、第一电源按钮、第一USB数据传输接口、张力窗口、清零按钮和第一确认按钮，所述第一背光显示屏、温度传感器、第一电源按钮、清零按钮和第一确认按钮均与第一控制单元连接，所述第一控制单元还依次通过第一输出单元和第一USB数据传输接口与记录装置的第二USB数据传输接口连接；

所述记录装置，包括第二控制单元，所述第二控制单元通过接收单元与第二USB数据传输接口连接；所述第二控制单元还分别与第二电源按钮、删除按钮、主菜单按钮、第二确认按钮、返回按钮、键盘和第二背光显示屏连接；所述第二控制单元还依次通过第二输出单元和第二USB数据传输接口与PC端连接。

2.如权利要求1所述的自动记录并处理数据的数显式隧道收敛计，其特征是，

所述第一挂钩和第二挂钩分别与隧道的两个监测点连接；将尺位销穿入带孔钢尺并卡入带孔钢尺的定位孔。

3.如权利要求1所述的自动记录并处理数据的数显式隧道收敛计，其特征是，

测量时，通过第一电源按钮打开测量装置，通过第二电源按钮打开记录装置；在记录装置中选择或新建测量里程桩号，记录装置将显示测量时间、当次测量环境温度，同时提示选取测线布置方式及测线编号；设置完成后通过测量装置进行测量，通过第一USB数据传输接口和第二USB数据传输接口之间的连接关系，将测量装置的测量数据由测量装置传输给记录装置；测量数据由记录装置进行存储并在测量结束后进行自动处理；

测量完毕，通过测量装置的第二USB数据传输接口，将测量数据由测量装置传输给PC端。

4.如权利要求1所述的自动记录并处理数据的数显式隧道收敛计，其特征是，

测量结束后应断开数据连接，把钢尺收回，并将仪器放置于工具箱内，以保证仪器使用寿命。

5.自动记录并处理数据的数显式隧道收敛计的使用方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤(1)：装配测量装置及记录装置，将测量装置的第一挂钩和第二挂钩分别挂在隧道内的两个测点上，拉出带孔钢尺将带孔钢尺的定位孔固定在尺位销内；

步骤(2)：通过第一电源按钮打开测量装置，通过第二电源按钮打开记录装置；第一背光显示屏和第二背光显示屏常亮后，新建或选择测量任务，并选择测线编号；

步骤(3)：旋转测量装置的调节螺母，待得红色刻度线夹于两黑线之间时，按第一确认按钮记录当次测量结果；

步骤(4)：按测量装置的清零按钮进行重复测量，测量完成后选择测量完成；

步骤(5)：重复步骤(1)-步骤(4)完成其他测线的测量；

步骤(6)：采用三基线法对隧道内部进行测量，测量结束后，完成测量任务，记录装置将自动记录当前测量时间、测量温度及测量数据，并进行数据处理得出隧道拱顶沉降速度、拱顶沉降累计值、水平收敛速度及水平收敛累计值；

步骤(7)：通过USB接口，将记录装置的数据传入到PC端。