一种隧道模型内窥式扫描光弹仪

摘要

本发明属于隧道模型模拟实验技术领域，公开了一种隧道模型内窥式扫描光弹仪，包括：行进装置、转动装置、光弹观测装置、镜头调节装置以及电控系统；转动装置固定在行进装置上，光弹观测装置和镜头调节装置固定在转动装置上；电控系统与行进装置、转动装置、光弹观测装置以及镜头调节装置相连；光弹观测装置包括：起偏镜组件和检偏镜组件；起偏镜组件和检偏镜组件固定在转动装置上，并且起偏镜组件和检偏镜组件按照反射式光弹仪光路布置；镜头调节装置分别与起偏镜组件和检偏镜组件的观测镜片传动相连。本发明提供的隧道模型内窥式扫描光弹仪可实现将光弹仪配合岩石力学三维物理模拟实验系统进行观测，并获得高精度，理想效果成图，且简化观测操作。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道模型模拟实验技术领域，特别涉及一种隧道模型内窥式扫描光弹仪。

背景技术

现有岩石力学三维物理模拟实验系统观测手段不完善，对衬砌等结构的应力应变反应不够直观、准确。现有技术中多有探讨通过光弹仪配合岩石力学三维物理模拟实验系统等仪器，提升观测的准确性和可靠性。但是，光弹性材料的光学特性无法对混凝土等不透光材料内部进行观测。现有反射式光弹仪体积相对较大，夹持方位固定，一般是对于试件外表面进行固定观测，缺少对于试件内表面的观测手段，而且检测面主要是平面，缺乏曲面检测手段。如果将反射式光弹仪置于模拟隧道内，一方面是体积较大，缺乏固定装置，成图效果不理想；另一方面，隧道长度较长，要观测隧道整个内表面需要频繁移动仪器，这样会导致观测时间过长，程序繁琐，进而影响观测精度。

发明内容

本发明提供一种隧道模型内窥式扫描光弹仪，解决现有技术中将光弹仪用于岩石力学三维物理模拟实验系统进行观测时，难以在试件隧道孔内获得高精度，理想效果成图，且操作复杂繁琐的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种隧道模型内窥式扫描光弹仪，包括：行进装置、转动装置、光弹观测装置、镜头调节装置以及电控系统；

所述转动装置固定在所述行进装置上，所述光弹观测装置和所述镜头调节装置固定在所述转动装置上；

所述电控系统与所述行进装置、所述转动装置、所述光弹观测装置以及所述镜头调节装置相连；

所述光弹观测装置包括：起偏镜组件和检偏镜组件；

所述起偏镜组件和所述检偏镜组件固定在所述转动装置上，并且所述起偏镜组件和所述检偏镜组件按照反射式光弹仪光路布置；

所述镜头调节装置分别与所述起偏镜组件和所述检偏镜组件的观测镜片传动相连。

进一步地，所述行进装置包括：行进主体以及走形轮组；

所述走形轮组固定在所述行进主体上；

所述转动装置固定在所述行进主体上。

进一步地，所述行进主体包括：第一壳体、滑轨、第二壳体以及滑动载具；

所述滑轨与所述第一壳体和所述第二壳体分别连接，所述载具可滑动地固定在所述滑轨上；

所述转动装置固定在所述载具上；

所述第一壳体和所述第二壳体上均设置有所述走形轮组。

进一步地，第一壳体和所述第二壳体为圆筒状壳体结构；

所述滑轨布置在所述圆筒状壳体结构的中心轴线上。

进一步地，所述转动装置包括：转动基座、差动齿轮组以及转动载具；

所述转动基座固定在所述滑动载具上，所述转动载具通过所述差动齿轮组可转动地固定在所述转动基座上；

其中，所述转动载具可转动地套接在所述滑轨外。

进一步地，所述转动载具包括：转动圆筒以及内齿轮；

所述内齿轮固定在所述转动圆筒的内壁上，所述内齿轮与所述差动齿轮啮合；

所述转动圆筒可转动的套接在所述滑轨外。

进一步地，所述起偏镜组件包括：起偏镜筒、第一1/4波片、起偏镜以及激光灯组；

所述起偏镜筒的第一端固定在所述转动装置上，所述激光灯组固定在所述起偏镜筒的第一端，所述起偏镜和所述第一1/4波片沿所述激光灯组投射方向布置在所述起偏镜筒内；

所述检偏镜组件包括：检偏镜筒、第二1/4波片、检偏镜以及摄像机；

所述检偏镜筒的第一端固定在所述转动装置上，所述摄像机固定在所述检偏镜筒的第一端，所述第二1/4波片固定在所述检偏镜筒的第二端，所述检偏镜布置在所述第二1/4波片和所述摄像机之间；

所述起偏镜筒和所述检偏镜筒并排布置，且所述镜头调节装置分别与所述第一1/4波片、所述起偏镜、所述第二1/4波片以及所述检偏镜相连；

所述激光灯组以及所述摄像机分别与所述电控系统相连。

进一步地，所述镜头调节装置包括：电机、传动杆以及传动齿轮组；

所述电机固定在所述转动装置上，所述传动杆与所述电机的转轴相连，所述传动齿轮组套接在所述传动杆上；

所述第一1/4波片、所述起偏镜、所述第二1/4波片以及所述检偏镜分别通过配置有传动齿的镜片夹具与所述传动齿轮组传动相连；

所述电机与所述电控系统相连。

进一步地，所述镜片夹具包括：卡环；

所述卡环内侧开设有镜片卡槽，所述卡环的外圆周面上开设有传动齿；

所述卡环可转动地嵌于所述检偏镜筒或起偏镜筒内。

进一步地，所述所述镜头调节装置还包括：保护壳体；

所述电机、所述传动杆以及所述传动齿轮组分别布置在所述保护壳体内。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的隧道模型内窥式扫描光弹仪，通过设置行进装置和转动装置搭载光弹观测装置和镜头调节装置，从而在隧道孔内移动和转动，调整观测区域，从而实现将光弹仪用于岩石力学三维物理模拟实验系统进行观测并在试件隧道孔内获得高精度，理想效果成图；同时，由于将行进装置和转动装置搭载光弹观测装置和镜头调节装置连接电控系统，从而能够实现高度自动化的操作，大幅降低操作繁琐程度。另一方面，所述起偏镜组件和所述检偏镜组件固定在所述转动装置上，并且所述起偏镜组件和所述检偏镜组件按照反射式光弹仪光路布置，所述镜头调节装置分别与所述起偏镜组件和所述检偏镜组件的观测镜片传动相连。从而使得整个观测结构的体积规模较小，从能够适应隧道孔内的观测。

附图说明

图1为本发明实施例提供的隧道模型内窥式扫描光弹仪的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的行进装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的装转动装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的光弹观测装置和镜头调节装置的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种隧道模型内窥式扫描光弹仪，解决现有技术中将光弹仪用于岩石力学三维物理模拟实验系统进行观测时，难以在试件隧道孔内获得高精度，理想效果成图，且操作复杂繁琐的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1，一种隧道模型内窥式扫描光弹仪，包括：行进装置1、转动装置2、光弹观测装置3、镜头调节装置4以及电控系统5；所述转动装置2固定在所述行进装置1上，所述光弹观测装置3和所述镜头调节装置4固定在所述转动装置2上；所述电控系统与所述行进装置、所述转动装置、所述光弹观测装置以及所述镜头调节装置相连。从而能够在电控系统的控制下，通过所述行进装置1沿着试件隧道孔平稳顺畅移动，便于获得高质量的观测图像；同时，通过转动装置2搭载光弹观测装置3和镜头调节装置4转动，从而能够回的完整的隧道孔圆周面的图形信息，在所述行进装置1配合下能够获得隧道孔完整的内部观测信息；同时整个过程可实现自动控制，从而操作简便，流畅高效。

当然，观测的数据会发送给搭载有图像分析软件的计算机主体6，进行相应的分析。

下面将具体说明各组件装置的实施方案。

参见图4，所述光弹观测装置3包括：起偏镜组件和检偏镜组件；所述起偏镜组件和所述检偏镜组件固定在所述转动装置2上，并且所述起偏镜组件和所述检偏镜组件按照反射式光弹仪光路布置；即所述起偏镜组件和所述检偏镜组件并排布置。

所述镜头调节装置4分别与所述起偏镜组件和所述检偏镜组件的观测镜片传动相连，用与调整所述起偏镜组件和所述检偏镜组件的镜片的偏转角度。

参见图2，本实施例中，所述行进装置1包括：行进主体以及走形轮,8；所述走形轮组固定在所述行进主体上；所述转动装置2固定在所述行进主体上。

进一步地，所述行进主体包括：第一壳体7、滑轨9、第二壳体以及滑动载具10。所述滑轨9与所述第一壳体7和所述第二壳体分别连接，所述载具10可滑动地固定在所述滑轨9上；所述转动装置2固定在所述载具10上；即通过形成一个稳固可靠的滑动平台，便于实施高质量观测。

为了便于操作，所述第一壳体7和所述第二壳体上均设置有所述走形轮组8，从而能够舒畅的在隧道孔内移动。

本实施例中，第一壳体7和所述第二壳体为圆筒状壳体结构，适应隧道孔的内型面；所述滑轨9布置在所述圆筒状壳体结构的中心轴线上，从而使得所述滑轨9能够处于隧道孔中心，便于保证转动操作具备足够的空间，避免转动装置2机器上的搭载装置撞击内壁。

本实施例中，所述走形轮组8可选择用弹性轮组，所述第一壳体7和第二壳体的外壁上开设有容置槽，用于收纳弹性轮组。

参见图3，所述转动装置2包括：转动基座11、差动齿轮组12以及转动载具13；所述转动基座11固定在所述滑动载具10上，所述转动载具13通过所述差动齿轮组12可转动地固定在所述转动基座11上；其中，所述转动载具13可转动地套接在所述滑轨9外，从而使得所述转动载具13能够顺畅转动，实现隧道孔的周面观测。

所述差动齿轮组12由驱动电机和传动齿轮组构成，驱动电机与所述电控系统5连接。

相应的，所述转动载具13包括：转动圆筒以及内齿轮；所述内齿轮固定在所述转动圆筒的内壁上，所述内齿轮与所述差动齿轮啮合；所述转动圆筒可转动的套接在所述滑轨9外。

参见图4，所述起偏镜组件包括：起偏镜筒19、第一1/4波片14、起偏镜15以及激光灯组17；所述起偏镜筒19的第一端固定在所述转动装置2上，所述激光灯组17固定在所述起偏镜筒19的第一端，所述起偏镜15和所述第一1/4波片14沿所述激光灯组17投射方向布置在所述起偏镜筒19内。

所述检偏镜组件包括：检偏镜筒191、第二1/4波片141、检偏镜16以及摄像机18；所述检偏镜筒191的第一端固定在所述转动装置2上，所述摄像机18固定在所述检偏镜筒191的第一端，所述第二1/4波片141固定在所述检偏镜筒191的第二端，所述检偏镜16布置在所述第二1/4波片141和所述摄像机18之间。

所述起偏镜筒19和所述检偏镜筒191并排布置，其第二端略呈聚拢状态；且所述镜头调节4装置分别与所述第一1/4波片14、所述起偏镜15、所述第二1/4波片141以及所述检偏镜16相连，实现镜片偏转角的调整。

所述激光灯组17以及所述摄像机18分别与所述电控系统5相连。

其中，所述镜头调节装置4包括：电机20、传动杆以及传动齿轮组21；所述电机20固定在所述转动装置2上，所述传动杆与所述电机20的转轴相连，所述传动齿轮组21套接在所述传动杆上；所述第一1/4波片14、所述起偏镜15、所述第二1/4波片141以及所述检偏镜16分别通过配置有传动齿的镜片夹具与所述传动齿轮组21传动相连；所述电机20与所述电控系统5相连。从而通过电机20驱动所述传动齿轮组21带动所述镜片夹具转动，从而实现镜片的偏转角调整。

具体来说，所述镜片夹具包括：卡环；所述卡环内侧开设有镜片卡槽，用于卡嵌镜片。所述卡环的外圆周面上开设有传动齿；所述卡环可转动地嵌于所述检偏镜筒191或起偏镜筒19内。通常，所述检偏镜筒191和所述起偏镜筒19的内壁开设有对应环形槽，用于滑动支撑卡环。

为了降低环境因素干扰调整操作，所述所述镜头调节装置4还包括：保护壳体22；所述电机20、所述传动杆以及所述传动齿轮组21分别布置在所述保护壳体22内。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的隧道模型内窥式扫描光弹仪，通过设置行进装置和转动装置搭载光弹观测装置和镜头调节装置，从而在隧道孔内移动和转动，调整观测区域，从而实现将光弹仪用于岩石力学三维物理模拟实验系统进行观测并在试件隧道孔内获得高精度，理想效果成图；同时，由于将行进装置和转动装置搭载光弹观测装置和镜头调节装置连接电控系统，从而能够实现高度自动化的操作，大幅降低操作繁琐程度。另一方面，所述起偏镜组件和所述检偏镜组件固定在所述转动装置上，并且所述起偏镜组件和所述检偏镜组件按照反射式光弹仪光路布置，所述镜头调节装置分别与所述起偏镜组件和所述检偏镜组件的观测镜片传动相连。从而使得整个观测结构的体积规模较小，从能够适应隧道孔内的观测。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。