一种具有无线传输功能的道路路基病害智能监测仪的制作方法

1.本发明涉及城市地下管线技术领域，尤其是一种具有无线传输功能的道路路基病害智能监测仪。
技术背景
2.随着城市规模越建越大，与城市相配套的道路里程也越建越长，道路交通车辆密集、荷载越来越大。同时，道路路基受周边施工扰动、地下管网渗漏水、地下水位升降变化、路基细粒土流失等多因素综合影响，造成道路路基水土流失，从而造成路基密实度减小，承载力下降。在路面荷载反复作用以及其他外界荷载作用下，路基逐渐发生变化，形成不密实区，并逐渐发展成空洞。空洞和不密实区的存在，造成道路不均匀沉降、坍塌，并诱发车祸、周边建筑物倾斜、开裂，甚至倒塌等次生灾害的频发。研究表明，近年来道路不均匀沉降和坍塌事故造逐年上升，对城市安全出行带来了极大安全隐患。目前，对道路路基病害的技术手段主要有：应用电磁波原理的地质雷达、应用瑞利波原理的面波仪，也有采取地震映像法、高密度电法及多种方法综合探测。
3.现有技术对道路病害探测是阶段性工作，只能对探测期的道路路基病害进行探测和评估。但因城市空间结构的独特性、干扰源的丰富性，物探方法的局限性等，造成探测成果复杂，依靠个人技术和经验进行判断，极易造成漏判、错判等现象，特别是对于刚发育的中小病害，效果更差。因此，设计一种能精确监测道路路基变化，及时监测到道路路基病害，超前预报、预警的方法或设备非常迫切需要。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种具有无线传输功能的道路路基病害智能监测仪，采用弹簧连接的受力杆件，将杆件末端与道路路基土体紧密贴合，通过压缩的弹簧对其受力，使其处于平衡状态，当道路路基受外界人为因素或自然因素影响，造成道路路基水土流失，使路基密实度减小，承载力下降，从而发生不均匀沉降，引起杆件下沉及弹簧伸长，达到路基病害监测的目的。弹簧伸长值通过数字电路板转换成数字信号，通过nb-lot、lora或4g/5g等无线传输功能进行数据传输，接收数据分析达到道路路基病害的监测，起到对病害定点、超前预测、预警，避免病害逐渐衍生扩大，形成一定规模的空洞，造成地表坍塌，或诱发其他次生灾害事故，该路基病害智能监测仪结构简单，能精确监测道路路基变化，及时监测到道路路基病害，超前预报、预警，较好的解决了当前道路路基因水土流失形成的不密实区和空洞难以及时、准确的探测，以及病害在发生初期实现监测和预警难的问题，制造成本低，实施效果好，具有一定的应用前景。
5.实现本发明目的的具体技术方案是：一种具有无线传输功能的道路路基病害智能监测仪，其特点是该监测仪由设置在内保护罩的数据转换及传输装置、伸缩装置和受力装置组成，所述数据转换及传输装置由模数转换器、无线传输模块、力/位移传感模块和电源组成；所述伸缩装置由伸缩弹簧、上活塞和下活塞组成；所述上活塞和下活塞之间设有与其
固定连接的伸缩弹簧；所述受力装置由受力杆件和受力触头组成；所述受力杆件一端与下活塞固定连接，另一端与受力触头固定连接；所述伸缩装置由上活塞与数据转换及传输装置的力/位移传感模块连接；所述受力装置的位移变化由伸缩装置通过力/位移传感模块将力/位移信号传输给数据转换及传输装置；所述模数转换器将力传感模块输入的力/位移信号转换为电信号，并由无线传输模块无线传输至电脑或手机的智能终端获得路基沉降变化数据，实现道路路基病害的智能监测和预警。
6.所述保护罩为直径不等的两圆筒组成的阶梯状套筒，大直径圆筒内设置数据转换及传输装置和伸缩装置，小直径圆筒内设置受力杆件，其一端的受力触头设置在筒外；所述保护罩的外壳上设有对称布置的固定脚。
7.本发明与现有技术相比具有及时、准确获得道路路基土体变化情况，能有效获得其变形大小，可超前获得道路路基病害发育动态及病害大小，超前预警，为提前处理提供精确位置和规模，及时处理，避免病害进一步发展，从而形成大规模的空洞，造成道路塌陷及诱发连锁的次生灾害。较好的解决了当前道路路基因水土流失形成的不密实区和空洞难以及时、准确的探测，以及病害在发生初期实现监测和预警难的问题，结构简单，制作成本低，实施效果好，具有一定的推广应用前景。
附图说明
8.图1为本发明结构示意图；图2为图1的俯视图；图3为图1的a-a剖面图；图4为数据转换及传输装置结构示意图。
实施方式
9.参阅图1～图3，本发明由设置在保护罩6内的数据转换及传输装置3、伸缩装置4和受力装置7组成，所述数据转换及传输装置3由模数转换器3-1、无线传输模块3-2、力/位移传感模块3-3和电源3-4组成；所述伸缩装置4由伸缩弹簧4-1、上活塞4-2和下活塞4-3组成；所述上活塞4-2和下活塞4-3之间设有与其固定连接的伸缩弹簧4-1；所述受力装置7由受力杆件7-1和受力触头7-2组成；所述受力杆件7-1一端与下活塞4-3固定连接，另一端与受力触头7-2固定连接；所述伸缩装置4由上活塞4-2与数据转换及传输装置3的力/位移传感模块3-3连接；所述受力装置7的位移变化由伸缩装置4通过力/位移传感模块3-3将力/位移信号传输给数据转换及传输装置3；所述模数转换器3-1将力/位移传感模块3-3输入的力/位移信号转换为电信号，并由无线传输模块3-2无线传输至电脑或手机的智能终端获得路基沉降变化数据，实现道路路基病害的智能监测和预警；所述保护罩6为直径不等的两圆筒组成的阶梯状套筒，大直径圆筒内设置数据转换及传输装置3和伸缩装置4，小直径圆筒内设置受力杆件7-1，其一端的受力触头7-2设置在筒外，保护罩6具有一定强度的玻璃钢或复核材料，具有电磁波传播功能、无锈蚀问题，且不会因为设备周边路基土的挤压而变形或破坏；所述受力触头8是受力杆件7-1压力传递和道路路基直接接触的耦合体，具有一定强度、刚度和耐腐蚀性，玻璃钢或复合材料等；所述保护罩6的外壳上设有对称布置的固定脚1。
10.参阅图4，所述数据转换及传输装置3由模数转换器3-1、无线传输模块3-2、力/位
移传感模块3-3和电源3-4组成，所述力/位移传感模块3-3将受力装置7位移变化的力/位移信号输入模数转换器3-1转换为电信号，转换后的电信号由无线传输模块3-2发送至电脑或手机的智能终端；所述电源3-4为模数转换器3-1、无线传输模块3-2和力传感模块3-3供电。
11.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下述实施例。
实施例
12.参阅图1，本发明通过一可压缩伸长的伸缩弹簧4-1连接一受力杆件7-1，杆件末端的受力触头7-2与道路路基土体紧密贴合，通过压缩的伸缩弹簧4-1对其受力，从而处于平衡状态。道路路基受周边施工扰动、路面车辆连续荷载及振动、地下水位升降变化、路基细粒土流失等多因素影响，造成道路路基水土流失，从而造成路基密实度减小，其承载力减弱，在路面外界荷载作用下，发生沉降。路基沉降距离通过受力杆件7-1下沉以及伸缩弹簧4-1伸长进行监测，其伸长值通过力/位移传感模块3-3输入模数转换器3-1，将其转换为为电信号，并通过nb-lot、lora或4g/5g等无线传输模块3-2进行数据发射传输，电脑或手机的智能终端接收数据，通过分析获得路基沉降变化情况，达到对道路路基病害的监测，从而起到对道路路基病害定点、超前的预测、预警的目的，避免病害逐渐衍生扩大，形成一定规模的空洞，造成地表坍塌，或诱发其他次生灾害事故。
13.本发明对于新建道路，设备可同道路施工一同埋置，减少对道路路面的破损伤害，对于现有道路，可通过钻孔置入设备进行道路病害探测，因设备直径小，对道路破损影响很小，甚至忽略不计。通过压缩伸长弹簧和连接杆件能直接监测到道路路基沉降精确值，通过沉降值分析道路路基病害变化及发展情况。监测数据通过nb-lot、lora或4g/5g等无线传输设备进行传输，避免有线传输带来的安装和线路布设困难等问题。设备续航时间长，可连续续航3年左右，而且因设备的位置确定性，还具备更换电源的优势。
14.以上只是对本发明作进一步的说明，并非用以限制本专利，凡为本发明等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种具有无线传输功能的道路路基病害智能监测仪，其特征在于，该监测仪由设置在保护罩内的数据转换及传输装置、伸缩装置和受力装置组成，所述数据转换及传输装置由模数转换器、无线传输模块、力/位移传感模块和电源组成；所述伸缩装置由伸缩弹簧、上活塞和下活塞组成；所述上活塞和下活塞之间设有与其固定连接的伸缩弹簧；所述受力装置由受力杆件和受力触头组成；所述受力杆件两端分别与下活塞和受力触头固定连接；所述伸缩装置由上活塞与数据转换及传输装置的力/位移传感模块连接；所述受力装置的位移变化由伸缩装置通过力/位移传感模块将力/位移信号输入数据转换及传输装置；所述模数转换器将力/位移传感模块输入的力/位移信号转换为电信号，并由无线传输模块无线传输至电脑或手机的智能终端获得路基沉降变化数据，实现道路路基病害的智能监测和预警。2.根据权利要求1所述的具有无线传输功能的道路路基病害智能监测仪，其特征在于，所述保护罩为直径不等的两圆筒组成的阶梯状套筒，大直径圆筒内设置数据转换及传输装置和伸缩装置，小直径圆筒内设置受力杆件，其一端的受力触头设置在筒外。3.根据权利要求1或权利要求2所述的具有无线传输功能的道路路基病害智能监测仪，其特征在于，所述保护罩的外壳上设有对称布置的固定脚。

技术总结
本发明公开了一种具有无线传输功能的道路路基病害智能监测仪，其特点是该监测仪由数据转换及传输装置、伸缩装置和受力装置组成，所述数据转换及传输装置由模数转换器、无线传输模块、力/位移传感模块和电源组成；所述伸缩装置由伸缩弹簧、上活塞和下活塞组成；所述受力装置的位移变化通过力传感模块将力/位移信号转换为电信号，并由无线传输模块无线传输至终端，实现道路路基病害的智能监测和预警。本发明与现有技术相比具有及时、准确获得道路路基土体变化情况，能超前获得道路路基病害发育动态及病害大小和超前预警，为提前处理提供精确位置和规模，避免病害进一步发展，结构简单，制作成本低，具有一定的推广应用前景。具有一定的推广应用前景。具有一定的推广应用前景。


技术研发人员：彭伟 吴丰收 钱峰 朱云峰 崔萧
受保护的技术使用者：中船勘察设计研究院有限公司
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/7/12