[发明专利]分布式超声波地下空间结构形变监测系统及区域定位方法

权利要求书

1.一种分布式超声波地下空间结构形变监测系统，其特征在于：包括多个超声波传感器和一台上位机；所述超声波传感器均为收发一体式超声波传感器；各个超声波传感器均与上位机通信连接；多个超声波传感器均与被测结构表面等间距设置，且多个超声波传感器呈单列设置；超声波传感器的探测区为一圆锥体所围区域；超声波传感器的探测区的中心轴与被测结构表面垂直；相邻两个超声波传感器的位置满足：其中一个超声波传感器的探测区在被测结构表面上投影出的圆形区域的边沿，与另一个超声波传感器的探测区的中心轴相交。

2.一种分布式超声波地下空间结构形变区域定位方法，其特征在于：该方法包括：

设布设的超声波传感器数量为n，每个超声波传感器即为一个传感节点，多个传感节点按排列次序顺次记为A0、A1......An；上位机和传感节点按如下步骤运行：

1)第一次运行时，上位机为每个传感节点分配相同的工作时长，并按时序控制多个传感节点按A0、A1......An的顺序依次工作，获取各个传感节点的初始测量数据；上位机获取到n个传感节点测得的初始测量数据后，即完成了第一个周期的工作；

2)第二次运行时，上位机为每个传感节点分配相同的工作时长，并按时序控制多个传感节点按A0、A1......An的顺序依次工作，重新获取各个传感节点的当前测量值；

3)根据每个传感节点的当前测量值与初始测量数据的差值，计算得到当前周期内每个传感节点对应位置处的形变量；记录形变量最大值对应的传感节点序号；

4)根据每个传感节点对应的形变量，按下式计算各个传感节点的优先级P_i：

Pi=aiλiΣi=0naiλi]]>

其中，a_i为传感节点Ai的当前测量值与初始测量数据的差值；λ_i为根据传感节点Ai与被测结构表面相对位置而确定的比例系数；P_i为传感节点Ai对应的优先级，i＝0、1、2......n；a_iλ_i即为当前周期内，传感节点Ai对应的形变量；

前述的优先级P_i，还可按如下方法进行计算：

计算出各个传感节点在当前周期内的形变量a₀λ₀、a₁λ₁......a_iλ_i......a_nλ_n，以数值大小按从小至大对a₀λ₀、a₁λ₁......a_iλ_i......a_nλ_n进行排序，得到形变量序列，形变量序列中形变量最小值的序号记为1，形变量最大值的序号记为n+1，其余数值的形变量按从小至大的关系顺次用整数连续编号，将各个传感节点对应的序号的数值作为调节参数代入下式：

Pi=KiΣi=0nKi]]>

其中，K_i为传感节点Ai对应的调节参数，K_i的值为传感节点Ai对应的形变量在形变量序列中的序号的数值；

计算出优先级P_i后，按下式计算下一周期内各个传感节点的工作时长：

t_i＝T×P_i

其中，t_i为下一周期内传感节点Ai的工作时长；T为完成一个工作周期所需的总时间，各个工作周期的T取值相同；

5)上位机根据步骤4)的计算结果，调整各个传感节点的工作时长，并按时序控制多个传感节点按A0、A1......An的顺序依次工作，重新获取各个传感节点的当前测量值；重复步骤3)至5)。