专利名称：Pda隧道收敛量测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及隧道测试仪器，确切说是一种以无线PDA为测读终端、钢尺张力加载自动控制的基于尺带收敛计的隧道收敛变形量测系统。
背景技术：
现有的尺带收敛计均是通过装于收敛计上的百分表或容栅数显表来测读，然后记录在表格纸上并在现场及时算出平均值、增量和累积值。这在隧道变形量测作业上一般是设置两人来完成，分别为操作者和记录者。收敛计钢尺张力的控制则是通过操作者目视指针或刻线来实现。上述过程需携带纸、笔、电筒和计算器，容易出现读错、记错、算错和加载不准确的情况，尤其是在光线暗淡、凿岩机声震耳欲聋的隧道施工环境，以及在收敛基线安装高度比较高需要搭梯量测的场合。在内业上还需要将记录在表格纸上的数据人工输入计算机进行再处理(回归计算、生成曲线等)，数据量较大时这一过程比较繁琐和容易出错。总之，现有收敛计从外业到内业，对数据的获取和处理主要是在人工参与的情况下完成量测作业的，有加载不准确、人工记录不便和数据不能与计算机连接的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于:尽量减少收敛计量测作业中的人工参与环节，解决现有收敛计人工控制加载不准确和人工记录不便、数据不能和计算机连接的缺陷，提供一种能自动准确控制加载、数据自动记录和传输的、可实现人工盲测、无需记录和快捷操作的隧道收敛量测系统。达到本发明的目的，是利用无线PDA技术和光电控制原理，通过实施下述技术方案来实现的:
一种PDA隧道收敛量测系统，由尺带收敛计、PDA测读终端及装于该测读终端的采集软件组成，其中，尺带收敛计包括:装于收敛计前部的收敛计机体、装于收敛计后部的收敛计握柄、以及装于收敛计机体后端与收敛计握柄前端之间的钢尺架及装于钢尺架上的钢尺；所述收敛计机体包括装在前端的机头、装于收敛计机壳内与机头连接的收敛计机芯以及伸出机壳外的收敛计张力摇柄；所述收敛计机芯包括与机头连接的机头伸缩杆、分别与机头伸缩杆和张力摇柄连接的自锁紧摇柄张力加载系统，其特征在于:所述收敛计机体为全封闭结构不设读数窗和张力指示窗，内装有与外置天线联接的无线收发模块、与机头连接的容栅传感器、温度传感器、分别与容栅传感器和自锁紧摇柄张力加载系统相连的光电传感器、控制光电传感器的单片机控制模块、以及集中电源；收敛计与PDA测读终端之间为双工无线连接；在机壳上装有与单片机控制模块连接的LED信号灯；所述PDA测读终端由无线收发模块、触屏MID和采集软件组成。附属技术特征是:
所述收敛计机芯中的自锁紧摇柄张力加载系统，主要核心部件是由分别与机头伸缩杆及张力摇柄连接的具有三个凹槽内装咬合钢珠的加载系统蜗杆，以及装于加载系统蜗杆上的张力加载系统弹簧及弹簧座所组成，该张力加载系统，是将原有隧道收敛计ZL99115008.2的加载系统主要构件双丝六棱丝杠，改进为带有三个凹槽的蜗杆，将其原有设计的六棱孔与棱面的咬合改进为钢珠与蜗杆凹槽的咬合。所述收敛计机体内的光电传感器，采用设置于收敛计机芯上的低功耗槽式光电开关；在自锁紧张力加载系统内的张力加载弹簧座上，设置一个能通过光电开关槽口的遮光片；光电开关的输出口与容栅传感器的输入口电联，当张力加载弹簧座到位时光电传感器发出信号给单片机控制模块，由单片机控制模块和无线收发模块分别锁定和发射此时容栅传感器数据。所述收敛计机壳内的集中电源与容栅传感器、温度传感器、无线收发模块、光电传感器，单片机控制模块和LED信号灯电路连接。所述PDA测读终端，选用基于ARM架构的触屏MID，内装无线收发模块和采集软件。所述尺带收敛计与PDA测读终端之间的双工无线连接，是指通过嵌于收敛计与PDA测读终端内的无线收发模块实现双工无线连接。所述收敛计的置零是由PDA测读终端上的采集软件来完成。所述采集软件包括程序执行文件、数据文件和操作手册，其中数据文件包括:隧道信息文件、量测参数文件和量测数据文件，所述隧道信息文件为用户建立的已测、正测和待测的隧道信息，包括线路和隧道名称、建设、施工和监测单位、开工日期，由人工输入数据生成；所述量测参数文件为每座隧道具体量测参数，包括断面和基线编号、埋设里程、钢尺长度和埋设日期，由隧道信息表数据和人工输入数据生成；所述量测数据文件为上述隧道量测断面上具体基线的量测数据，包括量测日期和时间、温度、三次读数、含温度修正的平均值、增量和累积值等数据，可生成时态曲线，由量测参数文件数据及接收收敛计的发射数据生成。所述采集软件的执行流程从隧道信息文件开始，点击执行程序开启软件即进入隧道信息表，表中通过隧道选择进入具体隧道量测参数表，然后选择具体断面及基线进入该基线的量测数据表，即可进行查阅数据或启动采样量测作业，同时，在所述隧道信息表和量测参数表中均可对收敛计进行置零。所述的PDA隧道收敛量测方法，按下述步骤进行:
第一步:在PDA测读终端上选定待测基线并启动采样量测作业，转动张力摇柄移动机头给钢尺加载，同时机头位移数据由容栅传感器获取，钢尺温度数据由温度传感器获取，上述数据通过无线收发模块实时发射给PDA测读终端；
第二步:光电传感器判断钢尺加载是否到位，一旦到位后由单片机控制模块发出指令通过无线收发模块发射给PDA测读终端，同时启动收敛计LED信号灯，指示操作者加载已到位,此时操作者即可停止加载；
第三步:PDA测读终端接收到指令即记录下此刻所采集的机头位移数据并发出声响提示，同时返回指令给收敛计的单片机控制模块，启动LED信号灯指示操作者本次读数完成，此时操作者即可退回摇柄准备第二次加载读数；
第四步:如此重复完成以上三次测读，PDA测读终端计算出含有温度修正的平均值、增量和累积值并保存，然后返回指令给收敛计单片机控制模块并发出声响提示，收敛计单片机控制模块收到指令，启动LED信号灯指示操作者三次读数完成并已计算保存，同时终止采样，至此所进行的一次量测作业(包括三次测读过程)结束。本发明的突出优点在于:本系统收敛计没有读数窗和钢尺张力指示窗，隧道内量测不再需要人工读数、纸笔记录和计算，不再需要盯着收敛计判断钢尺张力加载是否到位，只需在PDA测读终端上选定待测基线并启动量测后即可将PDA测读终端插入衣袋内(不用盯着PDA测读终端屏幕)，仅通过收敛计上的LED信号灯示色，即可完成量测作业，整个量测过程，不用照明配合，控制加载、读取数据和记录作业均自动完成，不再需要人工参与，大大减少了收敛计量测作业中的人工参与环节，使收敛计的量测作业实现了无记录、人工盲测和快捷操作，本发明解决了现有收敛计人工控制加载不准确、人工记录不便、数据不能和计算机连接的缺陷，为用户提供了一种能自动准确控制加载、数据自动记录和传输的、可以人工盲测、无需记录和快捷操作的PDA隧道收敛量测系统。
图1为本发明的电气系统总体设计框 图2为本发明的系统构成图，其中2-A为其收敛计，2-B为与收敛计2-A相匹配的PDA测读终端；
图3为本发明不含握柄的透视有电板模块、加载系统的收敛计正视透视 图4为本发明不含握柄、电板模块的透视有嵌入光电传感器的自锁紧摇柄张力加载系统的收敛计俯视透视 图5为本发明装于机芯上的收敛计自锁紧摇柄张力加载系统；
图6为本发明收敛计自锁紧摇柄张力加载系统的蜗杆及钢珠咬合示意 图7为本发明采集软件构成框 图8为本发明采集软件执行流程框 图9为本发明采集软件界面的隧道信息表；
图10为本发明采集软件界面的量测参数表；
图11为本发明采集软件界面的测数据表；
图12为ZL99115008.2张力加载系统结构剖视图。附图标记:1为收敛计张力摇柄；2为收敛计机头；3为收敛计钢尺；4为容栅传感器；5为收敛计温度传感器；6为无线收发模块(分别嵌入收敛计和PDA测读终端)；7为光电传感器；8为单片机控制模块；9为三色LED信号灯；10为收敛计机芯；11为收敛计机体(含机壳);12为收敛计握柄；13为收敛计自锁紧摇柄张力加载系统；14为收敛计外置天线；15为收敛计集中电源；16为收敛计电源开关；17为收敛计电源充电口 ； 18为收敛计张力加载系统蜗杆；19为蜗杆咬合钢珠；20为收敛计机头伸缩杆；21为收敛计张力加载系统弹簧座；22为张力摇柄轴；23为伞形齿轮组，其中23A为主动轮，23B为从动轮；24为光电传感器的遮光片；25为PDA软件上对收敛计进行置零的置零键；26为PDA软件隧道信息表和量测参数表中新开行键(创建新条目)；27为PDA软件上启动采样的量测键；28为PDA软件上生成时态曲线的的图形键。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作详细描述:
如图1-6所示，一种PDA隧道收敛量测系统，由尺带收敛计2-A、PDA测读终端2-B及装于该测读终端2-B的采集软件组成；其中PDA测读终端2-B采用5吋笔触屏MID，收敛计2-A与PDA测读终端2-B之间的无线传输距离为10m。具体如下:
尺带收敛计2-A为隧道收敛计ZL99115008.2的换代产品，取消了其读数窗和张力指示窗，机体呈全封闭圆筒结构。尺带收敛计2-A整体由装于收敛计前部的收敛计机体11、装于后部的收敛计握柄12、以及装于收敛计机体11后端与收敛计握柄12前端之间的钢尺架及装于钢尺架上的钢尺3所构成。所述收敛计机体11包括装于前端的机头2、装于该收敛计机壳内与机头2连接的机芯10以及伸出机壳外的收敛计张力摇柄I。所述收敛计机芯10包括与机头2连接的机头伸缩杆20、分别与机头伸缩杆20和张力摇柄I连接的自锁紧摇柄张力加载系统13。该自锁紧摇柄张力加载系统13，对如图12的隧道收敛计ZL99115008.2张力加载系统进行了改进:将原有的双丝六棱丝杠改为带有三个凹槽的蜗杆18，将原有的六棱孔与棱面的咬合改为钢珠19与蜗杆18凹槽的咬合，这种改进大大减小了加载阻力，使加载更加顺畅和准确。从而使分别与机头伸缩杆20及张力摇柄I连接的具有三个凹槽内装咬合钢珠19的加载系统蜗杆18，以及装于其上的张力加载弹簧及弹簧座21，成为收敛计机芯10中自锁紧摇柄张力加载系统13的核心部件。在收敛计2-A机壳内装有:与外置天线14联接的无线收发模块6，与机头2连接的容栅传感器4，温度传感器5，分别与容栅传感器4和自锁紧摇柄张力加载系统13相连的光电传感器7，控制光电传感器7的单片机控制模块8，以及收敛计集中电源15 ;收敛计2-A机壳内的容栅传感器4和温度传感器5，通过单片机控制模块8、无线收发模块6及其外置天线14与内嵌有无线收发模块的PDA测读终端2-B实现双工无线连接，机壳内的光电传感器7，采用设于收敛计2-A机芯10上的低功耗槽式光电开关；在自锁紧张力加载系统13中的张力加载弹簧座21上，设置一能通过光电开关槽口的遮光片24 ;光电开关的输出口与容栅传感器4的输入口电联,当张力加载弹簧座21到位时光电传感器7发出信号给单片机控制模块8，由单片机控制模块8和无线收发模块6分别锁定和发射此时容栅传感器4数据。在收敛计2-A机壳上还装有与机壳内单片机控制模块8连接的三色LED信号灯9。所述收敛计2-A机壳内的集中电源15为锂离子充电电池，用于为容栅传感器4、温度传感器5、无线收发模块6、光电传感器7、单片机控制模块8和LED信号灯9供电。在收敛计2-A机壳上的LED信号灯9，其示色设计为:红色常亮——电源开启、电压充足；蓝色闪烁一低电压告警；红色闪烁一钢尺加载到位；绿色常亮一本次读数完成；绿色闪烁——三次读数完成、计算值(平均值、增量、累积值)被保存。所述PDA测读终端2-B，采用基于ARM架构的触屏MID，内装无线收发模块6和采集软件。本系统启动采样量测作业方式:在PDA测读终端2-B上进行，通过点击如图11所示量测数据表上的量测键27启动。采样启动后，收敛计2-A将机头2位移数据实时发射给PDA测读终端2-B。在收敛计2-A与PDA测读终端2_B之间建立传输距离为IOm的无线双工连接，实现数据自动采集、记录、计算处理(包括温度修正的平均值、增量、累积值和生成曲线图)，以及与电脑连接传输数据。同时，在PDA测读终端2-B上对收敛计2-A进行置零。本发明采集软件由三部分构成，见图7:程序执行文件(.exe)、数据文件(.xls)和操作手册(.doc)。数据文件包括隧道信息文件、量测参数文件和量测数据文件三部分。其中，隧道信息文件为用户建立的已测、正测和待测的隧道信息(如隧道名称、施工单位、开工日期等)，由人工输入数据生成。量测参数文件为每座隧道的具体量测参数(如断面、基线编号、埋设里程、尺长、埋设日期等)，由隧道信息文件数据和人工输入数据生成。量测数据文件为上述隧道量测断面上具体基线的量测数据(如量测日期、三次读数、平均值、增量和累积值等)，可生成时态曲线，由量测参数文件数据及接收收敛计的发射数据生成。本发明采集软件执行流程如图8所示:点击执行程序开启软件后，即进入如图9所示的隧道信息表，表中点击某序号单元格或新开行键26，则进入该序号所对应隧道如图10所示的量测参数表或新建隧道信息条目；在所选隧道的量测参数表中点击某序号单元格或新开行键26，即进入该序号所对应断面及基线的如图11所示的量测数据表或新建断面和基线参数；在所选基线的量测数据表中可查阅已测数据，点击量测键27即启动该基线的量测作业，点击图形键28可生成时态曲线图。在如图9所示隧道信息表和如图10所示量测参数表中，点击置零键25可对收敛计2-A进行置零。本发明PDA隧道收敛量测系统的突出优点是:在PDA测读终端2_B上选定待测基线并启动量测后即可将PDA插入衣袋，不需盯着PDA测读终端屏幕，仅通过收敛计2-A上的LED信号灯9示色即可完成量测作业，量测过程中控制加载、读取数据和记录作业均自动完成不再需要人工参与，大大减少了收敛计量测作业中的人工参与环节，使收敛计量测作业实现无记录、人工盲测和快捷操作。
权利要求
1.一种PDA隧道收敛量测系统，由尺带收敛计(2-A)、PDA测读终端(2-B)及装于该测读终端的采集软件组成，其中，尺带收敛计(2-A)包括:装于收敛计前部的机体(11)、装于收敛计后部的握柄(12)、以及装于机体(11)后端与握柄(12)前端之间的钢尺架及装于钢尺架上的钢尺(3);所述收敛计机体(11)包括装在前端的机头(2)、装于收敛计机壳内与机头(2)连接的机芯(10)以及伸出机壳外的收敛计张力摇柄(I);收敛计机芯(10)包括与机头(2)连接的机头伸缩杆(20)、分别与机头伸缩杆(20)和张力摇柄(I)连接的自锁紧摇柄张力加载系统(13)，其特征在于:所述收敛计机体(11)为全封闭结构不设读数窗和张力指示窗，内装有与外置天线(14)联接的无线收发模块￠)、与机头(2)连接的容栅传感器(4)、温度传感器(5)、分别与容栅传感器(4)和自锁紧摇柄张力加载系统(13)相连的光电传感器(7)、控制光电传感器(7)的单片机控制模块(8)、以及收敛计集中电源(15);所述尺带收敛计(2-A)与PDA测读终端(2-B)之间为双工无线连接；在收敛计机壳上装有与单片机控制模块⑶连接的LED信号灯(9);所述PDA测读终端(2-B)由无线收发模块(6)、触屏MID和采集软件组成。
2.按权利要求1所述的PDA隧道收敛量测系统，其特征在于:所述收敛计机芯(10)中的自锁紧摇柄张力加载系统(13)，主要核心部件是由分别与机头伸缩杆(20)及张力摇柄(I)连接的具有三个凹槽内装咬合钢珠的加载系统蜗杆(18)，以及装于该蜗杆上的张力加载弹簧及弹簧座(21)所组成。
3.按权利要求1所述的PDA隧道收敛量测系统，其特征在于:所述收敛计机壳内的光电传感器(J)，采用设置于收敛计机芯(10)上的低功耗槽式光电开关；在所述自锁紧张力加载系统内的张力加载弹簧座(21)上，设置一个能通过光电开关槽口的遮光片(24);光电开关的输出口与容栅传感器⑷的输入口电联，当张力加载弹簧座(21)到位时光电传感器(7)发出信号给单片机 控制模块(8)，由单片机控制模块(8)和无线收发模块(6)分别锁定和发射此时容栅传感器(4)数据。
4.按权利要求1所述的PDA隧道收敛量测系统，其特征在于:所述收敛计机壳内的集中电源(15)与容栅传感器(4)、温度传感器(5)、无线收发模块(6)、光电传感器(7)、单片机控制模块(8)和LED信号灯(9)电路连接。
5.按权利要求1所述的PDA隧道收敛量测系统，其特征在于:所述PDA测读终端(2-B)，选用基于ARM架构的触屏MID，内装无线收发模块(6)和采集软件。
6.按权利要求1所述的PDA隧道收敛量测系统，其特征在于:所述尺带收敛计(2-A)与PDA测读终端(2-B)之间的双工无线连接，是指通过嵌于收敛计(2-A)与PDA测读终端(2-B)内的无线收发模块实现双工无线连接。
7.按权利要求1所述的PDA隧道收敛量测系统，其特征在于:所述收敛计(2-A)的置零是由PDA测读终端(2-B)上的采集软件来完成。
8.按权利要求1-6之一所述的PDA隧道收敛量测系统，其特征在于:所述装于PDA测读终端(2-B)的采集软件，包括程序执行文件、数据文件和操作手册，数据文件包括隧道信息文件、量测参数文件和量测数据文件，其中，隧道信息文件为由用户建立的已测、正测和待测的隧道信息；量测参数文件为每座隧道具体量测参数，由隧道信息文件数据和人工输入数据生成；量测数据文件为上述隧道量测断面上具体基线的量测数据，可生成时态曲线，由量测参数文件数据及接收收敛计的发射数据生成，所述采集软件的执行流程从隧道信息文件开始，点击执行程序开启软件即进入隧道信息表，表中通过隧道选择进入具体隧道的量测参数表，然后选择具体断面及基线进入该基线的量测数据表，即可查阅数据或启动量测作业，其中:所述隧道信息表为用户建立的已测、正测和待测的隧道信息，包括线路和隧道名称、建设、施工和监测单位和开工日期，由人工输入数据生成，本表中设置了置零键(25)可对收敛计(2-A)进行置零；所述量测参数表为每座隧道具体量测参数，包括断面和基线编号、埋设里程、钢尺长度和埋设日期，由隧道信息表数据和人工输入数据生成，本表中也设置了置零键(25)可对收敛计(2-A)进行置零；所述量测数据表为上述隧道量测断面上具体基线的量测数据，包括量测日期和时间、温度、三次读数、平均值、增量和累积值，由量测参数表数据及接收收敛计的发射数据生成，在本表中点击量测键(27)即可进行采样量测作业，点击图形键(28)可生成 时态曲线图。
全文摘要
本发明公开一种PDA隧道收敛量测系统，由尺带收敛计、PDA及采集软件组成，特征是该收敛计机体为全封闭结构不设读数窗和张力指示窗，内装与外置天线联接的无线收发模块、容栅传感器、温度传感器、光电传感器和单片机控制模块；PDA与收敛计之间为双工无线连接，测量时以PDA为测读终端自动完成收敛计数据采集、记录、计算处理和传输；收敛计尺带张力荷载通过光电传感器实现自动准确控制加载；取消了现有收敛计的读数窗和张力指示窗，量测过程通过收敛计上的LED信号灯指示操作者。本发明解决了现有收敛计人工控制加载不准确、人工记录不便和数据不能与计算机连接的缺陷，可使收敛计量测作业实现无记录、人工盲测和快捷操作。
文档编号G08C17/02GK103162613SQ20131008912
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月20日 优先权日2013年3月20日
发明者宋冶, 范荣, 舒波, 李波, 刘志强, 李春林 申请人:中铁西南科学研究院有限公司