输变电工程基础隐蔽工序探测数字化设备的研究与应用.docxVIP

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输变电工程基础隐蔽工序探测数字化设备的研究与应用

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摘要：近年来，工程建设安全施工风险不断增大，各类安全、质量管理要求持续提升，本文通过采用一种基础隐蔽工序探测数字化设备，有效提升了深基坑检测过程中的安全性，提高了测量精度，确保施工质量，有效降低了施工争议，实现了工程建设监理管理的提质增效。

一、背景介绍

输变电工程的线路工程原状土基础施工时，为减少水土流失及对周边环境的影响，往往需要进行基坑掏挖工作，这就是一种典型的隐蔽工序。掏挖完成后，成形基坑的尺寸和形状需要满足设计要求。目前工程现场采用人员下到坑底进行检测的方式，安全风险较高，测量数据的精度受检测人员素质影响。

深基坑施工已成为现阶段输变电工程基础分部工程最大的安全风险因素之一，深基坑施工容易引发基坑边坡发生滑移、地面发生开裂和坍塌、承压水突涌等风险。传统的隐蔽工序进行检测验收，往往需要进行破坏性检测，对工程实体将造成极大伤害，还可能导致工程存在永久缺陷。在施工过程中如遇不良地质，人工很难测量出准确数据，在进行注浆处理时极易发生争议。

二、设备研制

1.设备本体研制

本项目通过研究一种不需要人员下到基坑坑底实地测量，只需在坑顶坑口架设仪器设备，即可检测出基坑形状和维度数据的方法和设备。然后对该设备在输变电工程建管及监理工作中的应用进行研究，制定具体操作流程及检测验收管理制度。该测量设备工作原理如下图所示:

图1测量设备示意图

为解决目前检测人员需要下基坑进行工作的危险性问题，需要使设备具备坑外（口）操作的可行性，设备可以自动在坑内进行一系列自动动作或遥控动作，进行基坑从上到下的尺寸数据获取。

解决测量检测的数据准确性问题，需选择精度和测程合适的测距传感器。在众多的测距传感器中，有超声波测距传感器、红外测距传感器、激光测距传感器等，它们的精度依次后者比前者高，但价格也随之提高。本项目就是要研究制作出有针对性强，安全性又高，价格适中的设备产品。所以在传感器方面需要多次验证，选择性能合适、价格适中的传感器零件产品用于设备研制。

为解决数据的客观性问题，使用具备初步计算显示半径，并自动记录原始数据，需要设备可以在升降和旋转时记录上下的距离，旋转的角度和角度对应的测量点，并计算显示半径和深度。

2.模型设计

本项目机械设计主要是要设计合理的机器结构，解决设备沿既有轨道上下升降和水平旋转的问题，主要用到三维机械设计软件，并进行三维模型打印机模型输出用于设计验证。

图2三维设计软件

图3三维打印机

3.单片机设计

单片机是指芯片本身，而单片机系统是为实现某一个控制应用需要由用户设计的，是一个围绕单片机芯片而组建的计算机应用系统，这是单片机应用系统。单片机开发系统是指单片机开发调试的工具。单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，正在逐步取代现有的多片微机应用系统。

4.功能介绍

显示功能：使用12864点阵屏幕，显示当前测量数据，工作状；态，提示信息。

按键功能：用来操作控制设备，设置参数，能控制设备启动停止，设置上升步进距离参数；设置五个按键分别是上按键、下按键、设置键、开始键、停止键：上下按键实现数值的调整、设置键进入设置，并且用于切换设置项，设置完了可以按停止键退出设置、开始键启动测量、停止键停止测量、退出设置。

测量功能：用来测量数据，可测量基坑深度0-20m，直径0-7m，精度控制在±2cm；使用接近开关安装在下降杆底部，下降步进电机带动杆下降到底触发接近开关，获得深度；使用激光测距模块和360度总线舵机实现一周的数据测量，选择测距模块精度一般为±5mm。

存储功能：为方便后期数据导入电脑，存储测量数据；使用TF卡存储数据，保存格式为“测量数据001.txt”，方便数据导入电脑。

数据无线传输功能：使用底部探测头测量数据无线传输给控制器，方便模块化安装，减少携带过多的控制线；使用nRF24L01芯片的2.4G无线模块，探测头电路板和控制器进行数据通讯，此功能需要实际测试，备选有线数据传输。

提醒功能：用于提醒，报错等，遇到错误提醒，测量开始，测量过程控制，测量结束提醒，控制器配有蜂鸣器，用于提醒，同时显示屏能显示提示信息。

5.设备应用实现

根据上述功能，基础隐蔽工序检测全息设备可创新实现如下功能：一是设备沿轨道纵向移动和横向旋转测距，仪器内部各器件相对静止避免线路缠绕；二是利用单片机、超声波或激光测距传感器进行测距，将精度控制在2厘米以内；三是可以自动测量检测基坑的尺寸，并记录储存，内业可以利用储存的数据进行三维图形绘制；四是利用无线传输技术进行