CN105973200A - 一种自动化便携式测斜仪 - Google Patents

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廖占勇
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Abstract

本发明提供一种自动化便携式测斜仪，其特征在于：包括传感器探头、电缆、定位孔盖、绕线盘和设备终端；所述传感器探头与所述电缆的一端相连，电缆的另一端与绕线盘相连，所述定位孔盖设置在测斜管的上端部用于对电缆进行定位；该测斜仪采用全新的数据采集方式和测量软件，功能更加智能、齐全，实现了预埋测斜管的倾斜变形的自动化测量；同时引入新型电缆和定位孔盖，降低了人工劳动强度，提高了测量精度，可以广泛应用在山体滑坡、筑堤、水坝以及深坑与隧道周围监测土体内滑动面上的变形。

Description

一种自动化便携式测斜仪
技术领域
本发明涉及一种自动化便携式测斜仪，属于涉及工程测量领域。
背景技术
便携式数字测斜仪通常在预埋测斜管道内使用，常用于监测滑坡区和深洞开挖土体的侧向位移，也用来监测诸如堤坝结构的变形，或者是水平预埋测斜管检测大型建筑地面沉降。
目前市场上的大部分便携测斜仪主要采用电缆一端和传感器探头相连，另外一端通过绕线盘和测量仪表相连的结构。电缆主要起到通信、连接的作用。同时，通过电缆上的数字标签，可以确定探头的具体位置。现场测量需要两个人配合操作完成，其中，一个人负责操作仪表进行数据采集，一个人负责向上拉升传感器探头，两个人互相配合，连续地、逐段测出产生位移后的测斜管轴线与铅垂线的夹角，再分段求出水平位移，最后累加得出总的位移量及沿管轴线整个孔位的变化情况。
市场上普通便携测斜仪在工程现场的应用中存在以下问题：
1.测量过程需要两个人配合操作，无自动测量功能，测量效率低、费时、费力；
2.测量仪表为仅具有数据采集功能，无法识别随机误差，功能相对单一；
3.传感器探头测量重复性较差，直接影响测量准确性和测斜孔变形分析；
4.电缆直径较粗，普遍在10～12mm；内部含多股钢丝绳，电缆笨重，不方便携带；
5.通过目测的方式确定探头的位置，定位误差大，影响测量的准确性。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种自动化便携式测斜仪。
为解决上述技术问题，本发明提供一种自动化便携式测斜仪，包括传感器探头、电缆、定位孔盖、绕线盘和设备终端；所述传感器探头与所述电缆的一端相连，电缆的另一端与绕线盘相连，所述定位孔盖设置在测斜管的上端部用于对电缆进行定位；
所述绕线盘包括主控模块、电池、指示灯和控制开关，所述主控模块包括ARM主控芯片、蓝牙模块、电源管理电路、RS485通信电路，所述电池通过电源管理电路对主控模块和传感器探头内的变送器进行供电，所述ARM主控芯片通过蓝牙模块与设备终端进行通信及数据传输、通过RS485通信电路与传感器探头进行通信，接收传感器探头发送数据信息，所述指示灯通过指示灯电路与所述主控模块相连，用于指示主控模块的工作状态，所述控制开关通过按键控制电路与电源管理电路相连，用于控制主控模块和变送器的开启或关闭；
所述设备终端包括数据采集模块、数据分析模块、自动判读模块、图表生成模块和误差校正模块，所述数据采集模块通过设备终端自带的蓝牙与绕线盘的蓝牙模块进行配对连接，接收ARM主控芯片发送的数据信息，并将接收到数据信息传输给数据分析模块，所述数据分析模块对数据进行分析处理后，将结果发送给自动判读模块，由自动判读模块发送给图表生成模块，由图表生成模块生成图表在设备终端的显示屏上显示，若自动判读模块判定数据存在误差，则将数据发送给误差校正模块，由误差校正模块进行校正后发送给图表生成模块。
进一步，所述传感器探头包括滚轮组件、角度传感器、变送器和壳体，所述角度传感器、变送器设置在所述壳体内，所述角度传感器与所述变送器相连，所述变送器通过变送器电路与RS485通信电路相连，所述滚轮组件为2个，分别设置所述壳体的两端的外壁上。
进一步，所述滚轮组件包括滚轮、扭簧、轴承、轴和支架，所述支架通过铆钉与所述壳体锚固成一个整体，且支架以铆钉为中心旋转，所述滚轮为2个，分别通过轴锚固在所述支架的两端，所述轴与所述轴承的内径过渡配合，所述扭簧固定在所述支架和所述壳体连接处的两侧，为滚轮卡在测斜管的导槽内并跟随传感器探头移动提供回复力。
进一步，所述壳体包括壳体一和2个壳体二，所述壳体一位中空不锈钢管材，用于固定角度传感器和变送器，2个所述壳体二通过螺钉固定在所述壳体一的两端，所述壳体二为半圆形，中间设有凸起，所述凸起与滚轮组件的支架通过铆钉固定在一起。
进一步，所述壳体的下端部设有缓冲垫。
进一步，所述电缆包括5根通信芯线和1根芳纶纤维材料制成的抗拉芯线。
进一步，所述电缆外表面设有若干个铜环和若干个数字标签，其中，相邻两个铜环之间的距离为0.5m，相邻两个数字标签之间的距离为5m。
进一步，所述数字标签外部热缩一层透明热缩套管。
进一步，所述定位孔盖的横截面为3/4扇形结构，包括孔盖本体，所述孔盖本体内设有卡环，所述卡环与所述孔盖本体的侧壁形成与测斜管管壁相配的凹槽，所述孔盖本体的中心处设有通孔，通孔内设有定位环，所述定位环包括卡槽一和卡槽二，所述卡槽一的内径与电缆的直径相配，所述卡槽二的内径与铜环的直径相配。
本发明所达到的有益技术效果：本发明提供一种无线、智能、高精度测量的自动化便携式测斜仪，采用全新的数据采集方式和测量软件，功能更加智能、齐全，实现了预埋测斜管的倾斜变形的自动化测量；同时引入新型电缆和定位孔盖， 降低了人工劳动强度，提高了测量精度，可以广泛应用在山体滑坡、筑堤、水坝以及深坑与隧道周围监测土体内滑动面上的变形。
附图说明
图1本发明结构示意图；
图2本发明之传感器探头结构示意；
图3本发明之滚轮组件结构示意图；
图4本发明之滚轮组件与测斜管配合俯视图；
图5本发明之壳体结构示意图；
图6本发明图1中A部分放大示意图；
图7本发明之定位孔盖结构示意图。
其中：1传感器探头；11滑轮组件；111轴；112轴承；113滚轮114扭簧；115铆钉；116支架；12角度传感器；13变送器；14壳体；141壳体一；142壳体二；143缓冲垫；2电缆；21数字标签；22铜环；3定位孔盖；31孔盖本体；32卡环；33卡槽一；34卡槽二；4绕线盘；5设备终端；6测斜管；61导槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1-7所示，本发明提供一种自动化便携式测斜仪，包括传感器探头1、电缆2、定位孔盖3、绕线盘4和设备终端5；所述传感器探头1与所述电缆2的一端相连，电缆2的另一端与绕线盘4相连，所述定位孔盖3设置在测斜管6的上端部用于对电缆3进行定位；
所述绕线盘是一种绕线直径为200mm的ABS绕线盘，最多可缠绕150m电缆，满足实际测量需求，可以收放电缆，内置主控模块、电池、指示灯和控制开关，所述主控模块包括ARM主控芯片、蓝牙模块、电源管理电路、RS485通信电路，所述电池通过电源管理电路对主控模块和传感器探头内的变送器进行供电，所述ARM主控芯片通过蓝牙模块与设备终端进行通信及数据传输、通过RS485通信电路与传感器探头进行通信，接收传感器探头发送数据信息，所述指示灯通过指示灯电路与所述主控模块相连，用于指示主控模块的工作状态，所述控制开关通过按键控制电路与电源管理电路相连，用于控制主控模块和变送器的开启或关闭；
所述设备终端5为安卓手机或Ipad，自带版本为4.0的蓝牙，包括数据采集模块、数据分析模块、自动判读模块、图表生成模块和误差校正模块，所述数据采集模块通过设备终端自带的蓝牙与绕线盘的蓝牙模块进行配对连接，接收ARM主控芯片发送的数据信息，并将接收到数据信息传输给数据分析模块，所述数据分析模块对数据进行分析处理后，将结果发送给自动判读模块，由自动判读模块发送给图表生成模块，由图表生成模块生成图表在设备终端的显示屏上显示，若自动判读模块判定数据存在误差，则将数据发送给误差校正模块，由误差校正模块进行校正后发送给图表生成模块。
所述传感器探头1包括滚轮组件11、角度传感器12、变送器13和壳体14，所述角度传感器12、变送器13设置在所述壳体14内，所述角度传感器12与所述变送器13相连，所述变送器13通过变送器电路与RS485通信电路相连，所述滚轮组件11为2个，分别设置所述壳体14的两端的外壁上。所述角度传感器12为高性能模拟差分型单轴倾角传感器，测量范围为±15°或±30°，分辨率为0.001°。
所述滚轮组件11包括滚轮113、扭簧114、轴承112、轴111和支架116，所述支架116通过铆钉115与所述壳体14锚固成一个整体，且支架116以铆钉115为中心旋转，所述滚轮113为2个，分别通过轴111锚固在所述支架116的两端，所述轴111与所述轴承112的内径过渡配合，所述扭簧114固定在所述支架116和所述壳体14连接处的两侧，为滚轮113卡在测斜管6的导槽61内并跟随传感器探头1移动提供回复力。
其中，轴111为不锈钢加工件，与轴承112内径间过渡配合，与支架116锚固配合，起到支撑固定的作用，保证轴承112顺利的转动；扭簧114为直径2.5mm锰钢丝加工而成，并经过热处理，保证一定的回复力度，作用是提供滚轮组件11摆动的回复力；所述轴承112为不锈钢深沟球轴承，牌号440，规格型号为625，这种不锈钢轴承具有间隙小、滚动顺畅、防腐蚀的特点，为滚轮长期顺利地工作提供有力的保证；所述铆钉115穿过支架116与壳体14锚固配合成一个整体，使得支架116整体以铆钉115为中心旋转；
所述壳体14包括壳体一141和2个壳体二142，所述壳体一141位中空不锈钢管材，用于固定角度传感器12和变送器13，2个所述壳体二142通过螺钉固定在所述壳体一141的两端，所述壳体二142为半圆形，中间设有凸起，所述凸起与滚轮组件11的支架116通过铆钉116固定在一起。
所述壳体14的下端部设有缓冲垫143，在传感器探头1跌落、撞击时起到缓冲防护作用。
所述电缆2是一种聚氨酯电缆，直径6mm，内部含5根通信芯线和1根芳纶纤维材料制成的抗拉芯线，抗拉芯线替代钢丝绳，起到承受拉力的作用，与钢丝绳相比，芳纶纤维具有高强度、高模量、重量轻等特点。这种电缆与普通测斜电缆相比，抗拉性能强，电缆重量轻，使用寿命长。同时，为方便测量，所述电缆2外表面设有若干个铜环22和若干个数字标签21，其中，相邻两个铜环22之间的距离为0.5m，相邻两个数字标签21之间的距离为5m。
所述铜环22为外径8mm的黄铜环管在模具下与电缆2统一压制而成，成型后铜环22与电缆2成为一个整体。测量时，铜环22可以卡在定位孔盖3上，既可以提高传感器探头1的定位精度，起到固定的作用，避免操作人员长时间用力。同时，铜环22与定位孔盖3配合使用，提高了传感器探头的定位精度。
所述数字标签21是在热缩套管上打上数字，并通过高温热塑在电缆2上，同时数字标签21外部热缩一层透明热缩套管，防止长时间摩擦造成数字的模糊。数字标签可以方便识别传感器探头1深度。
所述定位孔盖3的横截面为3/4扇形结构，包括孔盖本体31，所述孔盖本体31内设有卡环32，所述卡环32与所述孔盖本体31的侧壁形成与测斜管6管壁相配的凹槽，所述孔盖本体31的中心处设有通孔，通孔内设有定位环，所述定位环包括卡槽一33和卡槽二34，所述卡槽一33的内径与电缆2的直径相配，所述卡槽二34的内径与铜环22的直径相配。测量时盖在测斜管6顶部，1/4缺口部分用于电缆2的提升。定位孔盖3在测量时作为深度间隔的参考点，测量时，铜环22卡进卡槽二34内，电缆2卡进卡槽一33内，大大提高了传感器探头1的定位精度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种自动化便携式测斜仪，其特征在于：包括传感器探头、电缆、定位孔盖、绕线盘和设备终端；所述传感器探头与所述电缆的一端相连，电缆的另一端与绕线盘相连，所述定位孔盖设置在测斜管的上端部用于对电缆进行定位；
所述绕线盘包括主控模块、电池、指示灯和控制开关，所述主控模块包括ARM主控芯片、蓝牙模块、电源管理电路、RS485通信电路，所述电池通过电源管理电路对主控模块和传感器探头内的变送器进行供电，所述ARM主控芯片通过蓝牙模块与设备终端进行通信及数据传输、通过RS485通信电路与传感器探头进行通信，接收传感器探头发送数据信息，所述指示灯通过指示灯电路与所述主控模块相连，用于指示主控模块的工作状态，所述控制开关通过按键控制电路与电源管理电路相连，用于控制主控模块和变送器的开启或关闭；
所述设备终端包括数据采集模块、数据分析模块、自动判读模块、图表生成模块和误差校正模块，所述数据采集模块通过设备终端自带的蓝牙与绕线盘的蓝牙模块进行配对连接，接收ARM主控芯片发送的数据信息，并将接收到数据信息传输给数据分析模块，所述数据分析模块对数据进行分析处理后，将结果发送给自动判读模块，由自动判读模块发送给图表生成模块，由图表生成模块生成图表在设备终端的显示屏上显示，若自动判读模块判定数据存在误差，则将数据发送给误差校正模块，由误差校正模块进行校正后发送给图表生成模块。
2.根据权利要求1所述的自动化便携式测斜仪，其特征在于：所述传感器探头包括滚轮组件、角度传感器、变送器和壳体，所述角度传感器、变送器设置在所述壳体内，所述角度传感器与所述变送器相连，所述变送器通过变送器电路与RS485通信电路相连，所述滚轮组件为2个，分别设置所述壳体的两端的外壁上。
3.根据权利要求2所述的自动化便携式测斜仪，其特征在于：所述滚轮组件包括滚轮、扭簧、轴承、轴和支架，所述支架通过铆钉与所述壳体锚固成一个整体，且支架以铆钉为中心旋转，所述滚轮为2个，分别通过轴锚固在所述支架的两端，所述轴与所述轴承的内径过渡配合，所述扭簧固定在所述支架和所述壳体连接处的两侧，为滚轮卡在测斜管的导槽内并跟随传感器探头移动提供回复力。
4.根据权利要求2所述的自动化便携式测斜仪，其特征在于：所述壳体包括壳体一和2个壳体二，所述壳体一位中空不锈钢管材，用于固定角度传感器和变送器，2个所述壳体二通过螺钉固定在所述壳体一的两端，所述壳体二为半圆形，中间设有凸起，所述凸起与滚轮组件的支架通过铆钉固定在一起。
5.根据权利要求2所述的自动化便携式测斜仪，其特征在于：所述壳体的下端部设有缓冲垫。
6.根据权利要求1所述的自动化便携式测斜仪，其特征在于：所述电缆包括5根通信芯线和1根芳纶纤维材料制成的抗拉芯线。
7.根据权利要求1所述的自动化便携式测斜仪，其特征在于：所述电缆外表面设有若干个铜环和若干个数字标签，其中，相邻两个铜环之间的距离为0.5m，相邻两个数字标签之间的距离为5m。
8.根据权利要求7所述的自动化便携式测斜仪，其特征在于：所述数字标签外部热缩一层透明热缩套管。
9.根据权利要求1所述的自动化便携式测斜仪，其特征在于：所述定位孔盖的横截面为3/4扇形结构，包括孔盖本体，所述孔盖本体内设有卡环，所述卡环与所述孔盖本体的侧壁形成与测斜管管壁相配的凹槽，所述孔盖本体的中心处设有通孔，通孔内设有定位环，所述定位环包括卡槽一和卡槽二，所述卡槽一的内径与电缆的直径相配，所述卡槽二的内径与铜环的直径相配。
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