CN104833328B - 一种柔性智能测斜绳 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柔性智能测斜绳，其特征在于：包括柔性护管、传输电缆、若干个测斜模块、数据采集器和数据处理及应用服务系统，所述数据采集器设在测斜绳的顶部，所述若干个测斜模块分段排布在柔性护管内壁，能够测量所在位置夹角变化，所述测斜模块是一种带电子罗盘或不带电子罗盘的测斜构件，若干个测斜模块相互之间通过传输电缆用总线方式连接，并与数据采集器相连，数据采集器可将监测信息上传至数据处理及应用服务系统进行存储与管理。当监测值超过工程预警值时，数据处理及应用服务系统发布预警信号。本发明实现对地下指定深度范围的水平位移进行实时监测，并及时将监测信息处理，对超过工程预警值的监测值发出预警。

Description

一种柔性智能测斜绳

技术领域

本发明涉及一种用于土木工程、地质工程、地质灾害监测领域的监测设备，特别是一种能够自动测量深部水平位移连续变化的监测智能测斜绳。

背景技术

在工程实践和科学研究中，往往需要对地面以下一定深度的岩土体或者工程结构物进行位移监测。然而，由于该部分的岩土体或者工程结构物深埋地下，往往无法直接测量，因此，人们一般利用测斜仪器，对地下一定深度范围的位移进行监测。

目前测斜仪一般有两种，分为活动式测斜仪和固定式测斜仪。现有测斜仪都是由测斜探头、测读仪、电缆和测斜管构成的。测量时，测斜管先埋入岩土体内部，并作为测斜仪的导轨使用。固定式测斜仪是将测斜探头沿导轨放入指定深度处，待岩土体变形时，整个测斜管随土体发生变形。测斜探头测得倾斜角度，数据由电缆传输至测读仪，通过计算可以得到实测土体的水平位移增量。活动式测斜仪测量原理与固定式测斜仪原理相同，不同之处在于，活动式测斜仪需要测量人员将测斜探头放入预定深度，然后逐段提升电缆，使测斜探头可以测量一定深度范围的水平位移增量。

但是这两种测斜方式都存在很大的弊端。固定式测斜仪由于结构限制，一般只能测量一个或几个特定深度的位移情况，无法全面反映地下岩土体或地下结构物指定深度范围的位移变化情况，而且监测精度受限，监测效果不理想，难以反映对象的实际变形情况。另外该测斜仪机械结构复杂，人工操作繁琐。活动式测斜仪操作过程繁琐，过分依赖人工，每次都需要专业人员亲临现场全程测量，但是由于测量人员的人为操作，往往导致测量结果误差较大。而且，每次测量都需要安装和操作测斜仪，每测一个深度位置，都需要量测读数，操作重复率高，效率极低。另外对一些野外的监测对象，由于客观条件的限制，长期现场作业不利于保证人身安全。对于偏远地区的监测对象，反复的长途运输变相增加监测成本。

发明内容：

本发明的目的在于针对上述两种测斜仪的诸多不足，提出一种可实现对地下指定深度范围的水平位移进行实时监测的柔性智能测斜绳。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种柔性智能测斜绳，其特征在于：包括柔性护管、传输电缆、若干个测斜模块、数据采集器、数据处理及应用服务系统。所述的数据采集器设在测斜绳的顶部，所述的若干个测斜模块分别分段排布在柔性护管内壁上，所述的测斜模块是一种带电子罗盘或不带电子罗盘的测斜构件，能够测量所在位置夹角变化，若干个测斜模块相互之间通过传输电缆用总线方式连接，并与数据采集器相连；数据采集器可将监测信息上传至数据处理及应用服务系统，数据处理及应用服务系统可以对监测值进行解译与管理，对当监测值超过工程预警值时，发布预警信号。。

作为技术的进一步改进，所述的数据采集器内设置有读数模块、存储模块、电源模块和通信模块。

作为技术的进一步改进，所述数据处理及应用服务系统可以放在局域网内的终端，也可放在远程服务器。

作为技术的进一步改进，所述测斜模块本身内置倾角传感器，可以测量测斜模块所在位置倾角的变化；而所述测斜模块是一种带电子罗盘的测斜构件时，电子罗盘可以测量方位角。

作为技术的进一步改进，所述的测斜模块是一种不带电子罗盘的测斜仪器时，在柔性护管外围设有带弹簧的滑动导轮和标定方向的导向测斜管用来测量方位角。

所述若干测斜模块能够测量所在位置夹角变化，所述电子罗盘测量得到方位角信息(不带电子罗盘时，滑动导轮和标定方向的导向测斜管可以测量方位角)，传输电缆将上述的两种角度信息传输到数据采集器，数据采集器中预存有相关算法，可以根据前后两次测量的角度信息解译成每个对应深度处水平位移的变化。通过连续的测量与解译，可以实现对地下某一深度范围的监测位置进行连续位移监测。

作为技术的进一步改进，所述柔性护管是一种橡胶或塑料或金属软管的柔性材料管，或是一种材料内设置有钢丝或碳素纤维增加强度的柔性材料管。

作为技术的进一步改进，所述的若干个测斜模块均用灌封胶按照自上向下顺序均匀排布分布固定在柔性护管内壁上。

作为技术的进一步改进，所述的每个测斜模块长度为3cm～50cm，每个测斜模块间距范围为5cm～100cm。

作为技术的进一步改进，所述的数据采集器外部是一种设有螺帽密闭的防水接口设置。

作为技术的进一步改进，所述的柔性护管两端设置有护管及与内部传输电缆、测斜模块相联接的电路快速接头，是一种可延长多节连接的护管，所述的单节柔性护管的长度最少为50cm。

作为技术的进一步改进，述数据采集器在通信故障时，可以暂时储存监测数据，并当通信顺畅后，自动将监测数据传送至数据处理及应用服务系统。

使用时，所述数据处理及应用服务系统将测斜绳在现场安装完成后，第一次正常采集数据默认为初始值，且将之后每次现场采集到的监测值与初始值比较分析；所述数据处理及应用服务系统存储有与工程相关物理量数据库，每次运算得到的现场物理量实际值与数据库中的工程预警值进行对比，当实际值大于预警值时，所述数据处理及应用服务系统将发布预警信号。

所述数据处理及应用服务系统可通过有线和无线方式，向现场监测设备发布工作指令，调整其监测时间和监测频率；测斜绳在非工作时间内可以休眠，进入低功耗阶段，直至下一次监测。

所述电源模块包括蓄电池和太阳能电池，太阳能电池用于日常供电，蓄电池用于极端条件下保障测斜绳正常工作。

本发明具有以下创新性：

1、突破传统的监测模式，可以实现同一时间内，实时监控地面以下指定深度范围的连续位移变化，使监测信息更加全面。

2、减少人为操作，改变过去监测方法中过分依赖人工的情况，本发明可实现定时自动监测，消除了因人为操作不当带来的误差，提高了监测精度。

3、本发明只需安装人员在监测前到场地安装，不用长期守在监测现场，保证监测现场的人身安全，同时降低人工返场率，降低监测成本。

4、本发明设计巧妙，与传统下套管方式不同，采用柔性护管，降低了监测仪器生产与安装的复杂性，同时方便在监测结束后从土体中回收监测仪器，提高了仪器重复利用率。

附图说明

图1为本发明带电子罗盘定位结构示意图；

图2为本发明带导轨式结构示意图。

其中，1柔性护管、2传输电缆、3测斜模块、4数据采集器、5数据处理及应用服务系统、6滑动导轮、7导向测斜管、8电子罗盘。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施例作进一步详述，但不构成对本发明的任何限制。

如图1，在本发明的一个优选实施例中，一种柔性智能测斜绳采用测斜模块带电子罗盘的测斜绳，包括柔性护管1、传输电缆2、测斜模块3、电子罗盘8、数据采集器4、数据处理及应用服务系统5。

在图1中，各柔性护管之间利用接口相互连接，具体长度以满足现场监测要求为准；数据采集器连接在整个柔性护管连接体的顶端。各测斜模块与各电子罗盘连接，形成测斜构件，并自上向下按照预定的间隔均匀布置，相互之间通过CAN总线方式用传输电缆连接至数据采集器。测斜模块与电子罗盘均用灌封胶固定在柔性护管内部。对数据采集器与柔性护管都采用防水设置，数据采集器外设置可密闭的防水接口用于与其他设备连接。数据采集器内部包括读数模块、存储模块、通信模块和电源模块。数据采集器可以于数据处理及应用服务系统互通信号、互传信息。

进一步地，数据处理与服务应用系统可以根据实际情况选择放在局域网内的终端或者远程服务器。

进一步地，所述若干测斜模块能够测量所在位置夹角变化，所述电子罗盘测量得到方位角信息。由于地下一定深度范围内布设了若干个测斜模块和电子罗盘，因此，每次数据采集器都可以解译得到该深度范围的连续位移变化。

进一步地，电源模块设置为配备为蓄电池和太阳能电池。太阳能电池能保证长期的设备续航能力，而蓄电池能够保证在极端天气条件下，设备依旧能够正常工作。

进一步地，若有实际需要，可以直接在监测现场通过手持终端从数据采集仪中读取监测信息。

如图2，本发明的另一个优选实施例中，一种柔性智能测斜绳中不含电子罗盘，包括柔性护管、传输电缆、测斜模块、滑动导轮、导向测斜管、数据采集器、数据处理及应用服务系统。

如图2所示，各柔性护管之间利用接口相互连接，具体长度以满足现场监测要求为准；数据采集器连接在整个柔性护管连接体的顶端。各测斜模块自上向下按照预定的间隔均匀布置，相互之间通过CAN总线方式用传输电缆连接至数据采集器。测斜模块与电子罗盘均用灌封胶固定在柔性护管内部。对数据采集器与柔性护管都采用防水设置，数据采集器外设置可密闭的防水接口用于与其他设备连接。数据采集器内部包括读数模块、存储模块、通信模块和电源模块。数据采集器可以于数据处理及应用服务系统互通信号、互传信息。

滑动导轮与导向测斜管配合上述装置使用，滑动导轮与导向测斜管的作用与电子罗盘一致，用以确定方位角。在进行监测之前，将若干个滑动导轮按照一定间隔固定在连接完成的柔性护管外侧。固定时，使滑动导轮朝向同一个方向。将固定有滑动导轮的测斜绳放入导向测斜管中，使滑动导轮可以在标定方向的导向测斜管中滑动。

进一步地，所述若干测斜模块能够测量所在位置夹角变化，所述滑动导轮与标定方向的导向测斜管可以得到方位角信息。数据采集仪通过确定测斜模块在标定方向上的位移分量以及测斜模块测得的夹角变化，可以解译所测平面的水平位移变化。

进一步地，电源模块设置为配备为蓄电池和太阳能电池。太阳能电池能保证长期的设备续航能力，而蓄电池能够保证在极端天气条件下，设备依旧能够正常工作。

进一步地，若有实际需要，可以直接在监测现场通过手持终端从数据采集仪中读取监测信息。

数据采集与应用服系统可以运行在云端，也可以运行在局域网内的终端，所述数据采集与应用服务系统具有海量数据储存和管理功能。系统默认，现场安装完成后，系统第一次正常采集数据为初始值。数据处理及应用服务系统内存储有与工程相关物理量数据库，每次运算得到的现场物理量实际值与数据库中工程预警值进行对比，若超过预警范围，则数据处理及应用服务系统向与其所连接的pc端与手机端发布预警。

数据处理及应用服务系统可向现场监测设备发布工作指令，调整其监测时间和监测频率。现场监测设备在非工作时间内可以休眠，进入低功耗阶段，直至到达下一次测量时间，自动重启。

当通讯出现故障时，所述数据采集器可以暂时储存监测数据，并当通讯顺畅后，自动将监测数据传送至数据处理及应用服务系统或其他终端。

本发明的这些详细的描述仅仅给本领域技术人员更进一步的相信内容，以用于实施本发明的优选方面，并且不会对本发明的范围进行限制。仅有权利要求用于确定本发明的保护范围。因此，在前述详细描述中的特征和步骤的结合不是必要的用于在最宽广的范围内实施本发明，并且可替换地仅对本发明的特别详细描述的代表性实施例给出教导。此外，为了获得本发明的附加有用实施例，在说明书中给出教导的各种不同的特征可通过多种方式结合，然而这些方式没有特别地被例举出来。

Claims (7)

1.一种柔性智能测斜绳，其特征在于：包括柔性护管(1)、传输电缆(2)、若干个测斜模块(3)、数据采集器(4)、数据处理及应用服务系统(5)，所述的数据采集器(4)设在测斜绳顶部，所述的测斜模块(3)是一种带电子罗盘或不带电子罗盘的测斜构件，所述的若干个测斜模块(3)分别分段排布在柔性护管(1)内壁上，能够测量所在位置夹角变化，若干个测斜模块(3)相互之间通过传输电缆(2)用总线方式连接，并与数据采集器(4)相连；所述数据采集器将各个测斜模块(3)测得的数据传输到数据处理及应用服务系统(5)；所述测斜模块内置倾角传感器，测量测斜模块所在位置倾角的变化；而所述测斜模块是一种带电子罗盘的测斜构件时，电子罗盘测量方位角；所述的测斜模块(3)是一种不带电子罗盘的测斜仪器时，在柔性护管(1)外围设有带弹簧的滑动导轮(6)和标定方向的导向测斜管(7)用来测量方位角；

所述的数据采集器(4)内设置有读数模块、存储模块、电源模块和通信模块。

2.根据权利要求1所述的柔性智能测斜绳，其特征在于：所述数据处理及应用服务系统放在局域网内的终端，或放在远程服务器。

3.根据权利要求1所述的柔性智能测斜绳，其特征在于：所述柔性护管(1)是一种橡胶或塑料或金属软管的柔性材料管，或是一种材料内设置有钢丝或碳素纤维增加强度的柔性材料管。

4.根据权利要求1所述的柔性智能测斜绳，其特征在于：所述的若干个测斜模块(3)均用灌封胶按照自上向下顺序均匀排布分布固定在柔性护管(1)内壁上，所述的每个测斜模块(3)长度为3cm～50cm，每个测斜模块(3)间距范围为5cm～100cm。

5.根据权利要求1所述的柔性智能测斜绳，其特征在于：所述的柔性护管(11)两端设置有护管及与内部传输电缆(12)、测斜模块(13)相联接的电路快速接头，是一种延长多节连接的护管，单节柔性护管的长度最少为50cm。

6.根据权利要求1所述的柔性智能测斜绳，其特征在于：所述数据采集器(4)在通信故障时，暂时储存监测数据，并当通信顺畅后，自动将监测数据传送至数据处理及应用服务系统(5)。

7.根据权利要求2所述的柔性智能测斜绳，其特征在于：数据处理及应用服务系统向数据采集器发送信息，调节监测时间和监测频率；当测斜绳处于非监测状态时，处于休眠状态，降低功耗。

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