[发明专利]一种冻土微变形自动测量设备及测量方法

权利要求书

1.一种冻土微变形自动测量设备，其特征在于：该设备包括设立于待测量路基（1）附近的安装立柱（3）、置于所述安装立柱（3）上的滚珠丝杆滑台和透明防护罩（7）以及置于所述安装立柱（3）附近的太阳能板（8）；所述安装立柱（3）设有主控舱室（31），该主控舱室（31）内设有蓄电池及控制系统电路（4）；所述滚珠丝杆滑台置于所述透明防护罩（7）内，并竖直安装在所述安装立柱（3）的顶部；所述滚珠丝杆滑台上设有数个激光头模组（6）；所述待测量路基（1）上的测量点设有与数个所述激光头模组（6）一一对应的数个带反光片测量桩（2）；所述太阳能板（8）与所述蓄电池相连；所述控制系统电路（4）分别与所述太阳能板（8）、所述滚珠丝杆滑台、数个所述激光头模组（6）相连；所述安装立柱（3）为圆柱空心结构，其中段设有主控舱室（31）；所述滚珠丝杆滑台包括固定在所述安装立柱（3）上的底座、设有步进电机（55）的顶座以及置于所述底座与所述顶座之间的滚珠丝杆（51）和导轨（52）；所述底座的中心设有所述滚珠丝杆（51），该滚珠丝杆（51）两侧设有一组所述导轨（52）；所述滚珠丝杆（51）与所述导轨（52）上套接有滑动平台（53），该滑动平台（53）上设有数个所述激光头模组（6），下部设有下定位片；所述滚珠丝杆（51）穿过所述顶座通过联轴器（54）与所述步进电机（55）相连；所述步进电机（55）和数个所述激光头模组（6）分别通过导线与所述控制系统电路（4）相连；所述控制系统电路（4）包括单片机构成的主控模块（41）、电源管理模块（42）、通讯模块（43）、测量模块（44）、数据管理模块（45）和人机交互模块（46）；所述电源管理模块（42）由与所述太阳能板（8）及所述蓄电池相连的太阳能充放电控制模块（421）和系统供电模块（422）构成；所述通讯模块（43）由与计算机通信的USB通讯模块（431）和连接移动网络的移动通讯模块（432）构成；所述测量模块（44）由与数个所述激光头模组（6）相连的激光发射及接收数据预处理模块（441）、与所述步进电机（55）相连的步进电机驱动模块（442）构成；所述数据管理模块（45）由与所述主控模块（41）相连的存储模块（451）、与所述通讯模块（43）相连的传输模块（452）、分别与所述存储模块（451）和所述传输模块（452）相连的处理模块（453）构成；所述人机交互模块（46）包括按键输入和状态显示模块；所述主控模块（41）分别与所述电源管理模块（42）、所述通讯模块（43）、所述测量模块（44）、所述数据管理模块（45）和所述人机交互模块（46）相连；采用该设备的测量方法，包括以下步骤：

⑴在所述待测量路基（1）上的测量点设置数个所述带反光片测量桩（2）；

⑵将所述滚珠丝杆滑台中的滑动平台（53）位于导轨（52）中部作为初始位置；分别调整所述滚珠丝杆滑台中的数个所述激光头模组（6）对正相应所述带反光片测量桩（2），保证当所述带反光片测量桩（2）发生冻胀或融沉变形均在所述滑动平台（53）的扫描范围内；

⑶安装所述透明防护罩（7）于所述安装立柱（3）上；

⑷在所述控制系统电路（4）的控制下，所述滑动平台（53）首先复位到由下定位片确定的滑台最低点，然后通过控制其在所述导轨（52）上往复竖向运动，运行过程中分别通过各个所述激光头模组（6）发射并接受反射光，连续重复扫描以获取其对应各个所述带反光片测量桩（2）的位置Ⅰ（2-1），并通过精确记录所述滚珠丝杆滑台中的所述步进电机（55）的转动角度换算为滑动平台位置Ⅰ（53-1）相对滑台最低点的距离数据，记作a；

⑸假设一段时间后，所述带反光片测量桩（2）发生沉降变形至位置Ⅱ（2-2），再次开始测量，所述滑动平台（53）运动至滑动平台位置Ⅱ（53-2）扫描到位置Ⅱ（2-2）的带反光片测量桩（2），并通过精确记录所述滚珠丝杆滑台中的所述步进电机（55）的转动角度换算为滑动平台位置Ⅱ（53-2）相对滑台最低点的距离数据，记作b；

⑹根据平行四边形原理Z = Z´ = a – b， 即可得出此段时间所述带反光片测量桩（2）对应的沉降变形数据Z；

⑺以每天作为测量频率，重复测量各个所述带反光片测量桩（2）分别对应的变形数据，然后整合为在时域上的路基不同点位的变形过程监测数据即可。