[发明专利]一种应用于地下隧道检测的无线倾角测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及微机械系统(MEMS)、无线传感器网络(WSN)和倾角测量技术领域，具体涉及一种应用于地下隧道检测的无线倾角测量系统。

背景技术

随着城市轨道交通的大力发展，地铁作为现代城市交通运输系统重要的一部分，在缓解城市尤其是特大城市交通压力和疏散城区人口等方面所起的作用日益凸显。隧道由于地层移动和岩土介质的复杂性、附近建筑施工载荷、地铁列车振动的长期循环作用等因素的影响，隧道管壁会产生一定的偏移。当偏移超出安全范围，隧道会发生塌方、透水等危及人身和财产安全的重大事故。因此，对地下隧道安全状况的实时监控也显得越来越重要。

由于地下隧道监控数据点种类多，并且分布分散，这些为地下隧道监控提出了更高的要求。无线传感器网络具有布局灵活、结构易变、生命力较强等特点，近年来，在环境监测、工矿监控等领域得到了广泛的应用。与传统倾角传感器相比，MEMS倾角传感器凭借体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成以及耐恶劣工作环境等优势，极大地促进了倾角传感器的微型化、智能化、多功能化和网络化发展。将MEMS技术和无线传感器网络技术相结合，用于环境安全健康检测，已经成为世界范围内土木工程领域研究的前沿方向。由于地下隧道环境恶劣、温度变化大、振动扰动频繁等因素，而在目前还没有一种有效结合微机械系统(MEMS)和无线传感器网络(WSN)技术，并实现行温度补偿、滤波和抗干扰处理的应用于地下隧道检测的无线倾角测量系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于地下隧道检测的无线倾角测量系统，通过无线网络传输数据，实现体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高和便于安装的优点。

本发明要解决的是地下隧道缺少灵活、准确、有效监测的问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种应用于地下隧道检测的无线倾角测量系统，包括至少一个无线发送节点和一个无线接收节点，所述无线发送节点由MEMS倾角传感模块1、稳压模块2、A/D转换模块3、第一微处理器4、温度传感器5、第一无线收发模块6和第一电源模块7组成，其中：稳压模块2的输出端连接MEMS倾角传感模块1的输入端，MEMS倾角传感模块1的输出端连接A/D转换模块3的输入端，A/D转换模块3的输出端连接第一微处理器4，温度传感器5的输出端连接第一微处理器4，第一微处理器4与第一无线收发模块6双向连接；稳压模块2、温度传感器5、第一微处理器4、A/D转换模块3、第一无线收发模块6分别连接电源模块7；所述无线接收节点由第二无线收发模块8、第二微处理器9和第二电源模块10组成，其中：第二收发模块8与第二微处理器9双向连接，第二收发模块8和第二微处理器9分别连接第二电源模块10；第二微处理器9通过串口232与计算机终端11双向连接；第一无线收发模块6和第二无线收发模块8通过无线网络连接；MEMS倾角传感模块1监测地下隧道的变形输出模拟信号，通过A/D转换模块3转换成数字信号传送到第一微处理器4；温度传感器5负责监测地下隧道温度信息并传送给第一微处理器4用于补偿倾角传感器所受温度影响；第一微处理器4具有数据处理，实现倾角数据的温度补偿、滤波和抗干扰处理，并将处理好的数据传送给第一无线收发模块6；第一无线收发模块6负责利用无线网络进行数据的无线传输；无线接收节点的第二无线收发模块8收到信息后，将其发送给第二微处理器9，第二微处理器9将通过RS232串口协议将接收到的数据包传送给计算机终端11进行数据处理，计算机终端11用于解析数据帧信号，实时绘制倾角曲线、数据保存和采样周期设置。

本发明中，所述MEMS倾角传感模块1用于检测盾构隧道内衬砌圆环形变的倾角信息，采用体积小、功耗低、便于安装高精度MEMS的倾角测量芯片，保证检测到隧道微小的形变。

本发明中，所述稳压模块2用于输出稳定电压为MEMS倾角传感模块供电，采用高精度的稳压芯片保证输出电压压差不超过±20mV为MEMS倾角传感模块供电。

本发明中，所述A/D转换模块3用于将MEMS倾角传感模块输出的模拟信号转换成数字信号传送到第一微处理器4，采用16位或24位A/D转换芯片保证MEMS倾角模块输出信息不丢失；所述微处理器4用于对倾角信息进行滤波处理消除地铁振动的影响，通过提取温度传感器生成的温度信息进行温度补偿，打包高精度的倾角信息生成数据帧信号。 

本发明中，所述温度传感器5用于监测隧道内环境温度，采用高分辨率的数字式温度传感器实时监测倾角传感器所在点的温度，得到修正倾角信息的温度信息。