CN105178276A - 一种基于光学原理的测斜装置 - Google Patents
一种基于光学原理的测斜装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105178276A CN105178276A CN201510560438.XA CN201510560438A CN105178276A CN 105178276 A CN105178276 A CN 105178276A CN 201510560438 A CN201510560438 A CN 201510560438A CN 105178276 A CN105178276 A CN 105178276A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mrow
- delta
- probe
- height
- msubsup
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 39
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 230000008520 organization Effects 0.000 claims 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 7
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于光学原理的测斜装置,包括测斜导管,所述测斜导管的内壁开设有多组导槽,还包括井下测斜机构和井上测高机构;所述井下测斜机构包括探头,所述探头包括密闭壳体、激光陀螺和CCD图像传感器,所述激光陀螺设置在所述密闭壳体的顶部中央、且向下发射竖直激光束,所述CCD图像传感器设置在所述密闭壳体的底部,所述密闭壳体的外壁安装有与所述导槽相对应的滚轮;所述井上测高机构包括相连接的刻度齿轮和计算机,所述刻度齿轮通过绞绳与密闭壳体的顶部连接,所述计算机与CCD图像传感器连接。本发明可以实现对深部岩土体内部的变形测量,得到预埋钻孔的三维变形曲线。
Description
技术领域
本发明属于地基沉降变形监测技术领域,具体涉及一种基于光学原理的测斜装置,它用于测量地下空间体的倾斜角度和水平变形。
背景技术
在铁路、水利、市政、土建、矿山等岩体工程领域中,土体边坡的稳定性一直都占有极为重要的地位,如何准确地分析土体边坡稳定性、预防滑坡灾害的形成,提出既经济又安全的最优化方案,是人们长期以来不断探索的关键技术问题。
变形检测是研究和防治滑坡灾害的重要环节之一,通过检测可以掌握边坡的变形特征和发生、发展规律,预测、预报滑坡体的边界条件、空间规模、发生时间及危害性,以便及时采取相应的防治对策,尽可能地避免或减轻滑坡灾害引起的经济财产损失和人员伤亡。同时,根据监测到的边坡岩土体的变形范围和发展趋势,确定滑动面的位置和形态,为支护工程设计提供依据。
常用的检测方法有:测斜仪法、放射性同位素法、应变管法等。其中,采用测斜仪法确定深部边坡滑动面的位置最为经济有效,该方法可以用来判明位移大小、位移方向和位移方式等。然而,传统的测斜仪绝大部分还是基于电学原理来得到和计算预埋点的倾斜角度和水平位移,其主要存在如下缺陷:
1)精度低,为了消除传感器的偏值和轴对准所造成的误差,必须采用正反测量的手段来提高精度;
2)稳定性差,由于采用电学原理来实现模拟信号的输出和采集,所用到的分布电容受外界环境的影响较大,不同的温度、湿度,甚至传输线的扰动都会对结果产生一定的影响。
因此,研发基于光学原理的测斜仪对于提高边坡稳定性分析的精度,促进岩土力学的发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于光学原理的测斜装置,它基于光学原理,可靠性高、精度高、受外界干扰性小,可以实现对深部岩土体内部的变形测量,得到预埋钻孔的三维变形曲线。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
提供一种基于光学原理的测斜装置,该装置包括设置在预埋钻孔内的测斜导管,所述测斜导管的内壁沿轴向均匀开设有多组导槽,其特征在于,该装置还包括井下测斜机构和井上测高机构;
所述井下测斜机构包括设置在所述测斜导管内的探头,所述探头包括密闭壳体、激光陀螺和CCD图像传感器,所述激光陀螺设置在所述密闭壳体的顶部中央、且向下发射竖直激光束,所述CCD图像传感器设置在所述密闭壳体的底部,所述密闭壳体的外壁安装有与所述多组导槽相对应的滚轮;
所述井上测高机构包括相连接的刻度齿轮和计算机,所述刻度齿轮通过绞绳与密闭壳体的顶部连接,所述计算机与CCD图像传感器连接;
测量时,先将探头底端与测斜导管的入口处持平,记录此时刻度齿轮的读数,再将探头通过滚轮和导槽平稳下放一个高度Δz,探头下放的高度Δz通过刻度齿轮的读数得出,激光陀螺向下发射的竖直激光束投射到CCD图像传感器上,CCD图像传感器通过其接收板上的刻度实时读出激光束的水平位置信息Δx和Δy,如此直至将探头下放到测斜导管的底部,探头每下方一个高度Δz,其对应的激光束的水平位置信息记为Δx(z)和Δy(z),由此可得在任一高度z激光的位置偏差Δx和Δy,并据此绘制激光束的水平偏移曲线,其中,
其中,倾斜角度θx和θx分别是钻孔倾斜后与铅直方向在x-z和y-z平面内的夹角,L为探头的高度。
按上述技术方案,所述探头的高度为500mm。
本发明产生的有益效果是:该装置通过CCD图像传感器接受激光陀螺发射的竖直激光束,并将激光束的水平位置信息转换为数字信号发送给计算机,其受外界因素干扰小,稳定性更好,而且CCD图像传感器接收激光信号比传统电测法的精度更高,传统电测法精度一般在0.1mm/500mm附近,而最常用的CCD图像传感器1mm2可以达到400×400个像素点,精度较电测法可提高40倍,同时,该装置还通过设置于井上的刻度齿轮实时控制、读取和记录探头下放高度,具有较强的连续性,该装置对测量数据进行处理得到位移曲线,这样可以得到任一下放高度的变形坐标,以得到每个高程由于地层应力变化造成的位移偏移值。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明实施例的结构示意图;
图2是本发明实施例中测斜导管的结构示意图;
图3是本发明实施例中探头的结构示意图。
图中:1-探头、101-激光陀螺、102-CCD图像传感器、103-滚轮、104-密闭壳体、2-测斜导管、201-导槽、3-刻度齿轮、4-计算机、5-绞绳。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1-图3所示,一种基于光学原理的测斜装置,该装置包括设置在预埋钻孔内的测斜导管2,测斜导管2的内壁沿轴向均匀开设有多组导槽201,该装置还包括井下测斜机构和井上测高机构;
井下测斜机构包括设置在测斜导管2内的探头1,探头1包括密闭壳体104、激光陀螺101和CCD图像传感器102,激光陀螺101设置在密闭壳体104的顶部中央、且向下发射竖直激光束,CCD图像传感器102设置在密闭壳体104的底部,密闭壳体104的外壁安装有与多组导槽相对应的滚轮103;
井上测高机构包括相连接的刻度齿轮3和计算机4,刻度齿轮3通过绞绳5与密闭壳体104的顶部连接,计算机4与CCD图像传感器102连接;
测量时,先将探头1底端与测斜导管2的入口处持平,记录此时刻度齿轮3的读数,再将探头1通过滚轮103和导槽201平稳下放一个高度Δz,探头1下放的高度Δz通过刻度齿轮3的读数得出,激光陀螺101向下发射的竖直激光束投射到CCD图像传感器102上,CCD图像传感器102通过其接收板上的刻度实时读出激光束的水平位置信息Δx和Δy,并将该位置信息发送给计算机存储,如此直至将探头1下放到测斜导管2的底部,探头1每下方一个高度Δz,其对应的激光束的水平位置信息记为Δx(z)和Δy(z),由此可得在任一高度z激光的位置偏差Δx和Δy,并据此绘制激光束的水平偏移曲线,其中,
其中,倾斜角度θx和θx分别是钻孔倾斜后与铅直方向在x-z和y-z平面内的夹角,L为探头的高度。
在本发明的优选实施例中,探头的高度L为500mm。
本发明的工作原理是:
1)、将探头1的滚轮103沿着测斜导管2的导槽201放入,探头1顶板上有绞绳5与刻度齿轮3相连,探头1下放的高度可由刻度齿轮3两次下放的读数相减精确读出,并将数据传送给计算机4;
2)、将探头1的底端放置在测斜导管2的入口处,与入口持平,此时记录刻度齿轮3的初始读数,沿着测斜导管的导槽201缓慢平稳地下放探头1,位于探头1顶板中央的激光陀螺101垂直发射激光束到CCD图像传感器102上,CCD图像传感器102的接收板上有精准的刻度可以精准读出实时倾斜读数(Δx,Δy),CCD传感器上的每个像素都可以定位,因此可以对出激光束的位置偏差Δx和Δy及其光强,由位于CCD图像传感器102将读出的数字信号传递给计算机4,计算机上设有数据采集卡,激光投射在CCD图像传感器上的信号通过数据线传输到数据采集卡上,数据采集卡读取信号,计算机4每间隔刻度齿轮3读出的高度Δz存储一次(Δx,Δy),并运用公式(1)和(2)计算此时的偏斜位移(x,y),直至下放到导管底部;
3)、由计算机4将存储的每个高度z的偏斜位移(x,y)绘制偏移曲线,此时即可得到每个高度的偏斜水平位移和倾斜角度。
本发明中,公式(1)和(2)的分析过程为:
在确定好x方向和y方向的方位后,探头所处的每一个高度z均可读出一个读数(Δx,Δy),那么,Δx和Δy是关于高度z的函数,记为:Δx(z)和Δy(z),在下发放刻度齿轮的同时,每隔一定高度Δz读一次读数,那么可得任一高度z在变形后的坐标:
本发明不局限于铅直钻孔,可以通过调整激光束的初始方向,得到任意倾斜钻孔的变形曲线。
本发明可用于观测土石坝、堤防、土体边坡、建筑物基坑、地下建筑工程土体内部的倾斜角度变化和水平位移变化,其结构简单,操作方便,可广泛应于于铁路、港口、公路、水利、高层建筑等众多岩土工程领域中。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于光学原理的测斜装置,该装置包括设置在预埋钻孔内的测斜导管,所述测斜导管的内壁沿轴向均匀开设有多组导槽,其特征在于,该装置还包括井下测斜机构和井上测高机构;
所述井下测斜机构包括设置在所述测斜导管内的探头,所述探头包括密闭壳体、激光陀螺和CCD图像传感器,所述激光陀螺设置在所述密闭壳体的顶部中央、且向下发射竖直激光束,所述CCD图像传感器设置在所述密闭壳体的底部,所述密闭壳体的外壁安装有与所述多组导槽相对应的滚轮;
所述井上测高机构包括相连接的刻度齿轮和计算机,所述刻度齿轮通过绞绳与密闭壳体的顶部连接,所述计算机与CCD图像传感器连接;
测量时,先将探头底端与测斜导管的入口处持平,记录此时刻度齿轮的读数,再将探头通过滚轮和导槽平稳下放一个高度Δz,探头下放的高度Δz通过刻度齿轮的读数得出,激光陀螺向下发射的竖直激光束投射到CCD图像传感器上,CCD图像传感器通过其接收板上的刻度实时读出激光束的水平位置信息Δx和Δy,如此直至将探头下放到测斜导管的底部,探头每下方一个高度Δz,其对应的激光束的水平位置信息记为Δx(z)和Δy(z),由此可得在任一高度z激光的位置偏差Δx和Δy,并据此绘制激光束的水平偏移曲线,其中,
其中,倾斜角度θx和θx分别是钻孔倾斜后与铅直方向在x-z和y-z平面内的夹角,L为探头的高度。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述探头的高度为500mm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510560438.XA CN105178276B (zh) | 2015-09-02 | 2015-09-02 | 一种基于光学原理的测斜装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510560438.XA CN105178276B (zh) | 2015-09-02 | 2015-09-02 | 一种基于光学原理的测斜装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105178276A true CN105178276A (zh) | 2015-12-23 |
CN105178276B CN105178276B (zh) | 2017-03-22 |
Family
ID=54900666
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510560438.XA Active CN105178276B (zh) | 2015-09-02 | 2015-09-02 | 一种基于光学原理的测斜装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105178276B (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105041297A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-11-11 | 重庆六合物联网有限公司 | 一种无线测斜仪角度传感器轮轴总成 |
CN105134173A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-12-09 | 重庆六合物联网有限公司 | 一种无线测斜仪角度传感器轮轴总成与套筒连接结构 |
CN105781528A (zh) * | 2016-03-29 | 2016-07-20 | 深圳市钻通工程机械股份有限公司 | 一种水平轴面偏移测量仪的测量方法及其系统 |
CN108303068A (zh) * | 2018-03-05 | 2018-07-20 | 中国矿业大学(北京) | 一种可变焦可调角度窥视测斜仪与监测方法 |
CN111435073A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-07-21 | 上海建工集团股份有限公司 | 一种岩土工程测斜测条变形数据快速提取方法及装置 |
CN112064690A (zh) * | 2020-09-18 | 2020-12-11 | 福建互华土木工程管理有限公司 | 一种基坑位移自动监测系统及方法 |
CN115079292A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-09-20 | 山东大学 | 一种探查城市地下溶洞空间的探测装置及探测方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010190640A (ja) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Rizumu Co Ltd | 傾斜測定器 |
CN104457687A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-03-25 | 上海建工集团股份有限公司 | 新型激光测斜装置及其测斜方法 |
CN104563080A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-04-29 | 上海建工集团股份有限公司 | 光学测斜装置 |
CN204313807U (zh) * | 2014-12-08 | 2015-05-06 | 上海建工集团股份有限公司 | 垂直度传感器在超长圆管柱上的安装结构 |
CN104596479A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-05-06 | 上海建工集团股份有限公司 | 用于测量地下水平形变的测斜装置 |
-
2015
- 2015-09-02 CN CN201510560438.XA patent/CN105178276B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010190640A (ja) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Rizumu Co Ltd | 傾斜測定器 |
CN104457687A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-03-25 | 上海建工集团股份有限公司 | 新型激光测斜装置及其测斜方法 |
CN204313807U (zh) * | 2014-12-08 | 2015-05-06 | 上海建工集团股份有限公司 | 垂直度传感器在超长圆管柱上的安装结构 |
CN104563080A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-04-29 | 上海建工集团股份有限公司 | 光学测斜装置 |
CN104596479A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-05-06 | 上海建工集团股份有限公司 | 用于测量地下水平形变的测斜装置 |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105041297A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-11-11 | 重庆六合物联网有限公司 | 一种无线测斜仪角度传感器轮轴总成 |
CN105134173A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-12-09 | 重庆六合物联网有限公司 | 一种无线测斜仪角度传感器轮轴总成与套筒连接结构 |
CN105781528A (zh) * | 2016-03-29 | 2016-07-20 | 深圳市钻通工程机械股份有限公司 | 一种水平轴面偏移测量仪的测量方法及其系统 |
CN105781528B (zh) * | 2016-03-29 | 2019-05-31 | 深圳市钻通工程机械股份有限公司 | 一种水平轴面偏移测量仪的测量方法及其系统 |
CN108303068A (zh) * | 2018-03-05 | 2018-07-20 | 中国矿业大学(北京) | 一种可变焦可调角度窥视测斜仪与监测方法 |
CN108303068B (zh) * | 2018-03-05 | 2023-07-25 | 中国矿业大学(北京) | 一种可变焦可调角度窥视测斜仪与监测方法 |
CN111435073A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-07-21 | 上海建工集团股份有限公司 | 一种岩土工程测斜测条变形数据快速提取方法及装置 |
CN112064690A (zh) * | 2020-09-18 | 2020-12-11 | 福建互华土木工程管理有限公司 | 一种基坑位移自动监测系统及方法 |
CN115079292A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-09-20 | 山东大学 | 一种探查城市地下溶洞空间的探测装置及探测方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105178276B (zh) | 2017-03-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105178276B (zh) | 一种基于光学原理的测斜装置 | |
CN105444738B (zh) | 利用活动测斜仪测量地层水平位移的方法及活动测斜仪 | |
CN105674952B (zh) | 建筑物沉降测量装置及方法 | |
CN106088166B (zh) | 一种管桩测斜装置及其测斜管居中定位组件 | |
CN106524936B (zh) | 一种隧道管棚变形监测方法 | |
CN105604066B (zh) | 电阻率剖面法在建筑基坑围护结构渗漏水检测中的应用 | |
CN110207653B (zh) | 土体分层沉降和水平位移复合测量装置、系统及方法 | |
CN106918326A (zh) | 一种活动测斜仪及测量地层水平位移的方法 | |
US8061050B2 (en) | Hydrostatic sensor device and method for measuring below-ground elevation changes in grade | |
CN205002729U (zh) | 一种基于测斜和霍尔效应的地下变形测量装置 | |
CN105606070A (zh) | 一种建筑物竖向和水平向变形测试装置及方法 | |
CN107543515A (zh) | 双轴倾角定位深层位移监测装置及其使用方法 | |
CN205138480U (zh) | 活动测斜仪 | |
CN108343432A (zh) | 一种钻孔灌注桩成孔质量检测装置及其检测方法 | |
CN112833807A (zh) | 一种适用于双护盾tbm的围岩变形监测方法及预测方法 | |
CN111288897B (zh) | 基于位移计和全站仪的围岩内部绝对位移测量装置和方法 | |
CN209512835U (zh) | 一种静力水准仪大量程多级串联系统 | |
CN106885584A (zh) | 测斜仪综合误差测试装置及测量方法 | |
CN205954713U (zh) | 一种管桩测斜装置及其测斜管居中定位组件 | |
Ghazali et al. | Monitoring subsurface ground movement using fibre optic inclinometer sensor | |
CN104655191A (zh) | 一种消落带库岸多参数立体化监测方法及监测探头 | |
CN203145065U (zh) | 一种管桩测斜装置 | |
Franklin et al. | The monitoring of rock slopes | |
CN116381803A (zh) | 隧道施工综合物探方法 | |
CN213932334U (zh) | 传感集成装置及深井测斜检测监测装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |