CN106989718A - 一种基于mems的沉降监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于MEMS的沉降监测方法，本发明用于测量结构沉降的变化，涉及到桥梁隧道、土木施工等安全监测行业领域。本方法利用MEMS测量参考测点与被测点发生位移变化时，其引起的连接杆位置变化，通过角度与位移变化的计算，得到被测点沉降或隆起的监测方法：本监测方法有参考测点安装座，其作为被测点的参考点位；其两两之间均采用固定长度的金属连接杆刚性连接，当测点发生沉降或隆起时，金属连接杆对应发生位置变化；本发明是通过利用MEMS测量参考测点与被测点发生位移变化时，其引起的连接杆位置变化引起的角度变化与位移变化的对应关系，得到被测点沉降或隆起的监测方法。

Description

一种基于MEMS的沉降监测方法

技术领域

本发明涉及一种基于MEMS的沉降监测方法，本发明用于测量结构沉降的变化，涉及到桥梁隧道、土木施工等安全监测行业领域。

背景技术

目前在基坑施工、土木安全监测等领域，土体、建筑物坝体的垂直沉降变化是一个重要的监测参数，沉降测量一般可通过全站仪、压差式沉降系统等方法实现测量，

传统方法利用全站仪测量竖直方向的沉降变化，通过三角函数的计算得出垂直的位移变化，再根据实际测量对象的分布，布设相应数量的传感器，从而得到竖直方向偏移的整体趋势。

现有压差式沉降监测系统利用连通管原理，测量参考点与测量点压力差（液位高度差）反应被测点与参考点的沉降变化。一般利用微压式压力传感器或LVDT液位传感器进行液位的测量，但微压式压力传感器因其量程小，一般只有高度为500毫米水柱压力大小，大气压的日常变化即会对系统产生测量误差，同时环境温度对压力传感器内部的扩散硅产生影响。因此利用微压式压力传感器测量的压差式系统易受环境影响，系统稳定性不高。利用位移传感器测量液位的压差沉降系统，因液位计直接接触内部液体，密封性无法保证，易导致内部液体蒸发，同时常因位移传感器测量精度、环境振动等问题同样存在局限性。

上述传统监测系统实现存在以下的不足：

传统GPS或全站仪在对被测土体测量时，因成本和传感器自身尺寸的限制，布点数量有限，且常规布设时，往往只测量4~5个测点，然后，通过4~5个点的趋势图判断位移情况，存在一定的不确定性。且GPS或全站仪因制造精密，成本较高，耐冲击性能较差，运输、安装时都需进行防护，一旦出现冲击损伤，传感器即无法修复，导致使用成本、可靠性有所影响。且操作需要人工进行，难以做到全天候实时测量。而现有压差式沉降系统因其使用的液位传感器在稳定性、测量精度等影响，存在局限性。

综上所述，传统的压差沉降测量方法在成本控制、抗机械冲击、系统稳定性、精度等方面存在一定的局限性，且需要布设管路、水路等系统，安装调试工作量较大、成本高，难以满足当前工况下的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于MEMS的沉降监测方法，通过利用MEMS测量参考测点与被测点发生位移变化时，其引起的连接杆位置变化引起的角度变化与位移变化的对应关系，得到被测点沉降或隆起的监测方法。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种基于MEMS的沉降监测方法，本方法利用MEMS测量参考测点与被测点发生位移变化时，其引起的连接杆位置变化，通过角度与位移变化的计算，得到被测点沉降或隆起的监测方法：

本监测方法有参考测点安装座，其作为被测点的参考点位；其两两之间均采用固定长度的金属连接杆刚性连接，当测点发生沉降或隆起时，金属连接杆对应发生位置变化；

金属连接杆的中间位置安装有MEMS传感器，其作用是当测点发生沉降或隆起时，金属连接杆位置变化后，MEMS能够对应发生角度的变化；

当MEMS传感器感知到金属连接杆的位置变化后，由于金属连接杆的长度为固定值L，同一测量系统中，长度为固定值；

初始安装时，某个测点的MEMS传感器的角度读数为α1，当发生沉降或隆起时，MEMS的角度读数为α2，因此发生的垂直方向位移为L*(Sin(α2)-Sin(α2))，以此类推，可得到其他测点的沉降变化值。

所述金属连接杆的长度固定值L为1m~5m。

本方法工作原理是，参考测点与被测点采用固定长度的连接杆进行刚性连接，连接杆的中间位置安装有MEMS传感器。初始位置时MEMS的初始角度为零或者固定值，当被测点发生沉降或隆起时，被测点端的连接杆随之发生位置变化，对应MEMS的初始角度发生变化，由于连接杆的长度固定，因此可通过连接杆的长度、角度变化值计算为沉降或隆起的位移变化。

本发明的有益效果：

综上所述，本本发明的监测方法利用MEMS测量固定长度的连接杆的变化，得到被测点的沉降与隆起位移值，与传统GPS、连通管式、压差式测量系统不同，省去了使用储液罐、管路、气路等部件，提高了安装调试的效率，并降低了系统成本。

附图说明

图1是本发明中系统功能框图；

图2是本发明中结构物发生沉降时MEMS角度变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图1、2对本发明进行详细描述：

一种基于MEMS的沉降监测方法，本方法利用MEMS测量参考测点与被测点发生位移变化时，其引起的连接杆位置变化，通过角度与位移变化的计算，得到被测点沉降或隆起的监测方法：

本监测方法有参考测点安装座1，其作为被测点3、5、7的参考点位；其两两之间均采用固定长度的金属连接杆8、9、10刚性连接，当测点发生沉降或隆起时，金属连接杆8、9、10对应发生位置变化；

金属连接杆8、9、10的中间位置安装有MEMS传感器2、4、6，其作用是当测点发生沉降或隆起时，金属连接杆8、9、10位置变化后，MEMS能够对应发生角度的变化；

当MEMS传感器感知到金属连接杆的位置变化后，由于金属连接杆的长度为固定值L，同一测量系统中，长度为固定值；

初始安装时，某个测点的MEMS传感器的角度读数为α1，当发生沉降或隆起时，MEMS的角度读数为α2，因此发生的垂直方向位移为L*(Sin(α2)-Sin(α2))，以此类推，可得到其他测点的沉降变化值。

所述金属连接杆的长度固定值L为1m~5m。

当MEMS感知到连接杆的位置变化后，由于连接杆的长度为固定值L，常用的为1m~5m不等，但同一测量系统中，长度为固定值。初始安装时，某个测点的MEMS的角度读数为α1，当发生沉降或隆起时，MEMS的角度读数为α2，因此发生的垂直方向位移为L*(Sin(α2)-Sin(α2))，以此类推，可得到其他测点的沉降变化值。

安装时参考点的安装座因选择位置相对较稳定、沉降变形小的地点，测点处的安装座在安装时应与被测物刚性连接，一般使用膨胀螺丝进行固定。连接杆在安装时，应尽量保持水平位置。

安装完毕后，因安装时无法避免土体或传感器的微变形，因此需要在安装时采集初始MEMS角度数据，并作记录。

测量周期内，再次测量当前MEMS角度数据，并与初始值进行对比，对应计算出结构物真实的沉降情况。

Claims (2)

1.一种基于MEMS的沉降监测方法，本方法利用MEMS测量参考测点与被测点发生位移变化时，其引起的连接杆位置变化，通过角度与位移变化的计算，得到被测点沉降或隆起的监测方法，其特征在于：

本监测方法有参考测点安装座（1），其作为被测点（3、5、7）的参考点位；其两两之间均采用固定长度的金属连接杆（8、9、10）刚性连接，当测点发生沉降或隆起时，金属连接杆（8、9、10）对应发生位置变化；

金属连接杆（8、9、10）的中间位置安装有MEMS传感器（2、4、6），其作用是当测点发生沉降或隆起时，金属连接杆（8、9、10）位置变化后，MEMS能够对应发生角度的变化；

当MEMS传感器感知到金属连接杆的位置变化后，由于金属连接杆的长度为固定值L，同一测量系统中，长度为固定值；

初始安装时，某个测点的MEMS传感器的角度读数为α1，当发生沉降或隆起时，MEMS的角度读数为α2，因此发生的垂直方向位移为L*(Sin(α2)-Sin(α2))，以此类推，可得到其他测点的沉降变化值。

2.根据权利要求1所述的基于MEMS的沉降监测方法，其特征在于：所述金属连接杆的长度固定值L为1m~5m。