[发明专利]基于超声波的隧道变形监测方法

说明书

本发明公开了一种基于超声波的隧道变形监测方法。它是在隧道的同一断面上设置多个超声波发生器和多个超声波接收器，利用超声波在超声波发生器和超声波接收器之间的传输信息计算出超声波发射器和超声波接收器坐标，并根据坐标的变化确定隧道的收敛变形。该方法在隧道截面容易实施；整个系统的成本非常低廉。

技术领域

本发明属于隧道安全监测技术，具体涉及一种利用超声波监测隧道变形方法。

背景技术

大量的在运营隧道和建筑物都需要进行隧道变形的健康监测。已经开发了许多方法来监测隧道截面的变化，其中最传统的方法是依靠测量员的水平和全站仪，此外还讨论了通过激光或光纤来测量截面变形的其他方法。上述每种方法都有自己的缺点，例如，依靠测量员的水平和全站仪要求工人进行操作，因此难以到达某些测量点，难以持续自动地监测变形。彩色、有光泽或透明的表面或不利的环境条件(如灰尘，污垢或雾)对于光学传感器来说是一种挑战。此外，光纤比较脆弱并且调节器昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用超声波的隧道变形监测方法，实现快速无线检测，特别是适用于在线实施速无线检测。

为实现本发明的目的，本发明的技术方案为：基于超声波的隧道变形监测方法，在隧道的同一断面上设置多个超声波发生器和多个超声波接收器，利用超声波在超声波发生器和超声波接收器之间的传输信息计算出超声波发射器和超声波接收器坐标，并根据坐标的变化确定隧道的变形。

本发明通过超声波接收器接收多个超声波发生器的超声信号，确定超声波接收器坐标的变化，确定确定隧道的变形状况，方法简单，操作方便。

特别优化的是，所述超声波发生器至少是两个。

特别优化的是，所述超声波接收器至少是四个。

特别优化的是，所述超声波发射器至少三个，其中一个超声波发射器与一个超声波接收器安装在所述截面的同一位置。

特别优化的是，所述超声波发射器具有四个，每个超声波接收器接收其中三个所述超声波发射器发射的超声测量信号。

特别优化的是，所述超声波发生器与超声波接收器沿隧道壁均匀设置。

特别优化的是，利用超声波在超声波发生器和超声波接收器之间的传输信息计算出超声波发射器和超声波接收器坐标的方法是：通过如下算法

(x_m-x_n)²+(y_m-y_n)²＝(L_mn+e_m)²

其中坐标(x_m,y_m)是第m个超声波接收器的坐标，坐标(x_n,y_n)是第n个超声波发射器的坐标，L_mn是检测到的第m个超声波接收器与第n个超声波发生器之间的距离；e_m是第m个超声波接收器的滞后误差；通过迭代法求解x_m，y_m，e_m的值。

本发明超声波换能器适用于隧道截面变形的连续自动测量；应用于在役交通隧道时也不会干扰运输。然而，由于隧道监测中的恶劣环境，由于隧道变形，超声波的测量精度将受到发射机-接收机超声波的取向的影响；本发明技术方案优选考虑检测误差；同时，基于更多的超声波发射器及接收器，利用冗余超声信息(RUI)方法的处理算法，提高测量监测的进度。该方法在隧道截面容易实施；整个系统的成本非常低廉。因此，提出的测量系统是隧道监控的有效工具。

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的一种隧道变形监测装置的传感器在隧道截面上的分布图。

图2是图1所示的隧道变形后的示意图。