[发明专利]路基分层垂直沉降与横向位移自动监测装置及其监测方法

说明书

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，尤其涉及一种路基分层垂直沉降与横向位移自动监测装置及其监测方法。

背景技术

高速行车是铁路现代化的重要标志，而高速铁路的列车动力作用远大于普通铁路，这对我国传统铁路设计、施工、检测等提出了新的挑战，特别对路基沉降变形的控制有了更高的要求，因此就需要对路基的沉降变形进行长期自动监测，对不符合要求的路基要及时进行维护，并采取不同施工方式来控制其沉降与变形量。所以，研究能够快速准确监测路基沉降与变形的方法，并研制相应装置，对于高速铁路路基铺设和沉降监测以及保证客运专线列车安全运行具有重要意义。

目前对于路基沉降变形的检测主要采用监测桩法、沉降水杯法、沉降板法、磁环沉降仪法、水力法、测倾法等。这些测量方法中，有些方法只能实现表面沉降检测，无法测试路基内部某一位置的沉降，如监测桩法；有些方法只能在一定环境下使用，如水力法和沉降水杯法只能在不结冰的条件下使用；有些方法测量精度不高，如磁环沉降仪测量精度在10mm量级；有些方法采用人工读数，不能实现自动检测，测量效率低、误差大。此外，这些方法均只能实现单参数测量，且各点测量数据需要人工采集，不能实现远程监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用激光测量技术实现路基分层垂直沉降与横向位移同时自动监测的装置以及基于该装置的自动监测方法，解决目前使用的路基沉降变形的检测方法测量精度低、测量深度浅、对测量环境要求高以及无法远程监测和无法自动监测等问题。

本发明的技术方案是，一种路基分层垂直沉降与横向位移自动监测装置，包括测量定位单元、激光位移传感单元、激光角度传感单元、测量信号控制单元801、测量数据传送单元802、中央处理单元和电源模块9，其特征是，

所述测量定位单元由测斜管1、磁环2、测杆3、提拉装置4、限位开关10组成；所述测斜管1和磁环2预先通过钻孔方式埋入待测路基；测斜管1的管壁两侧有导槽101；磁环2埋入路基下不同深度的观测点位，用膨胀土封孔，磁环2可与地层同步沉降；

所述提拉装置4由电机401、绕盘402、滑轮403、电缆或者安全绳索404组成；

所述测杆3由支撑杆301、上组导轮302、下组导轮303、铁环304、定位传感器305组成；所述定位传感器305固定在支撑杆301上，可随测杆3在测斜管1中移动；所述铁环304与上组导轮302固定；上组导轮302和下组导轮303分别固定在支撑杆301上下两端，保证测杆3在测斜管1内位置居中，并可沿导槽101滑动，且保证测杆3不会整体旋转；

所述电缆或者安全绳索404连接测杆3上的铁环304，并经过滑轮403，缠绕在绕盘402上，绕盘402由电机401带动；当电机401启动时，提拉装置4可带动测杆3沿测斜管1内的导槽101滑动；当定位传感器305到达磁环2的位置时与磁环2发生感应，感应信号通过电缆传输，并通过测量信号控制单元控制电机401停止，同时控制激光位移传感单元和激光角度传感单元进行位移测量和角度测量；限位开关10安装在测斜管1孔口以下位置，铁环304触碰到限位开关10，电机401将停止转动；

所述激光位移传感单元由激光测距传感器5、反射板501组成；反射板501固定在支撑杆301上，可随测杆3在测斜管1中移动；激光测距传感器5利用机械卡具601安装在固定支架6上；所述激光测距传感器5发射的激光束通过固定支架6上的通光孔发射到反射板501，由反射板501将激光束反射回去，并通过通光孔由激光测距传感器5接收。

所述激光角度传感单元由激光测头7和反射镜703组成；所述反射镜703固定在支撑杆301上，可随测杆3在测斜管中移动；所述激光测头7由激光发射器701和光电接收器702组成；激光测头7安装在固定支架6上；所述激光器701和光电接收器702均固定在安装盒602内；所述激光器701发射的激光通过安装盒602内的透明窗口发射到反射镜703，由反射镜703反射回去的激光仍然通过透明窗口由光电接收器702接收；

所述测量信号控制单元801分别与测量定位单元、激光位移传感单元和激光角度传感单元通过有线或者无线方式连接；用于检测磁环位置感应信号、控制电机启停、控制激光位移传感单元和激光角度传感单元进行测量；

所述测量数据传输单元802分别与激光位移传感单元和激光角度传感单元通过有线或者无线方式连接，用于将激光位移传感单元和激光角度传感单元测量所获得的数据通过有线或者无线方式送入中央处理单元；