CN107190784A - 一种自动量测分层沉降系统的仪器及其测量安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能自动量测常规分层沉降系统的仪器，该仪器通过自动控制仪器自带的分层沉降探头在常规分层沉降管内升降，对分层沉降管外沉降环相对管口的位置进行测量，并实时对数据进行记录，完成对分层沉降系统的自动测量；本发明的仪器提供一种直接测量方式，利用分层沉降探头直接进入管道内进行测量，并将测量数据实时地记录到控制系统中，可保证监测的准确性、实时性，克服间接测量带来的误差。本发明设计合理、工艺简单、易于加工、主要配件价格低廉，从而使得该自动化量测仪器具备较高的成本优势，该自动化量测仪器适用性广，数据传输方式灵活多样，安装简便。

Description

一种自动量测分层沉降系统的仪器及其测量安装方法

技术领域

本发明涉及一种自动量测分层沉降系统的仪器及其测量安装方法，属于水利工程安全监测技术领域。

背景技术

水利工程领域经常会遇到坝体、边坡、堤防的沉降监测问题，例如：新建防波堤、大坝、尾矿库等的沉降稳定监测，这些都需要安装分层沉降系统，对不同深度土层的沉降量进行监测，以判断监测目标的安全状态，指导工程施工和管理。

传统的分层沉降监测，可以分为两类：一类采用人工读数的方式，即在设计位置先钻孔安装埋设好传统的分层沉降系统，待系统安装完毕，不同深度的沉降环沉降稳定后，由现场测量人员利用手持式分层沉降仪，对分层沉降系统中的各个沉降环进行量测，现场手工记录到专用的纸质表格中；后续数据处理时，先将数据人工输入到电子表格中，在进行计算分析，得到不同埋设深度的各个沉降环的沉降量；另一类采用自动测量方式，这种方式基本上摒弃了传统的分层沉降系统，采用不动杆法在观测点位置采用钻机钻孔，埋入刚度较大、带套管的不动杆，杆下端插入硬土层（标准贯入击数N＞40），上端引出地面，将沉降标安设在不动杆上，沉降标与土体同步沉降，其相对不动杆的位移即为此处的土体沉降量。或串联分层沉降计法采用钻孔埋设的方式，在土层不同位移埋入分层沉降仪，不同深度的分层沉降仪采用串联的方式连接。第一类方式每次测量时至少需要两名工作人员，现场工作量大、效率低，往往由于工作人员读数习惯的不同，导致较大的人为读数误差，从现场应用情况看，该方式读数精度较差，人为影响因素大，但因人工读数方式操作简单，成本低廉，仪器可维护性高，被国内外工程广为采用。第二类测量方式，测量简便，精度高，但仪器单价高，仪器安装难度大，仪器工作环境恶劣，经常出现由于安装和后期变形腐蚀等原因，导致监测仪器出现损坏，进而引起整个测量点无法正常工作，测量运行的风险性高，目前只在部分工程中有小规模的应用。

近年来国家、行业规范对监测项目的要求不断提高，对测量精度的控制越来越严，工程界迫切需要一种操作简便，适用性广，成本低廉，测量运行风险小的分层沉降系统自动化量测仪器。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种自动量测分层沉降系统的仪器及其测量安装方法。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的第一方面提出一种自动量测分层沉降系统的仪器的测量方法，包括以下步骤：自动测量仪器安装好后，设定好初始设置，仪器依据控制指令自动对分层沉降系统进行测量，并将测量数据自动存储到仪器自带的存储模块中，该仪器与外部存储介质之间设有信息传输通道，自动测量仪器藉由该信息传输通道将采集的数据传输至外部存储介质中；工作人员可通过对测量结果的分析计算，得到地基不同深度的沉降量。

进一步，所述自动测量仪器的测量方法更包含以下步骤：

所述仪器在安装调试好后，由工作人员设置初始参数，包括：探头的初始位置、测量点编号、测量沉降环的数量、每次测量重复的次数、测量的间隔时间、最大测量深度等。

仪器收到测量命令后，开始自检，并将探头收放至初始位置；仪器自动将探头放入沉降管内，并开始探测沉降环的位置；当检测到一个沉降环时，仪器记录沉降环的数量；以同样方法依次记录沉降环的数量达到设置数量（或探头下放深度达到设置的最大测量深度）后，仪器自动将探头放20cm深度后停止放探头；仪器自动收拉探头，当探头检测到一个沉降环时，仪器根据编码器记录沉降环的位置，自动记录沉降环的深度并自动存储；重复以上步骤依次记录各个沉降环的位置并保存数据；测量结束后仪器自动将探头收放至初始位置，并自动生成一条包括时间、测量用时、实际沉降环的测量数量等信息的测量日志。

进一步，所述信息传输通道包括USB接口的存储介质通道和485、无线电台等远程通信通道，分别用于人工收集数据和远程自动通信。

进一步，所述远程通信可以和外部电脑或采集系统进行通信传输，仪器可根据初始参数设置进行工作，也可以根据外部电脑或采集系统的指令进行工作。

进一步，所述仪器工作时，可以采用自带的锂电池工作，也可以外接电源进行供电，实现长期无人值守监测。

进一步，仪器放探头的过程中，在记录沉降环数量的同时，也初步记录了沉降环的位置，当收探头开始正式测量时，可以根据沉降环的初步位置，调整卷扬机收线的速度，实现快速测量的功能。

本发明的另一方面还提出一种能自动测量常规分层沉降系统的仪器，包括：基础层、牵引层、量测层，所述基础层包括：混凝土基座、第一不锈钢底板、不锈钢丝杆和锂离子电池仓，所述混凝土基座顶部通过螺栓固定第一不锈钢底板，所述第一不锈钢底板上固定有四根不锈钢丝杆，所述锂离子电池仓通过螺栓固定在第一层不锈钢底板上；所述牵引层包括：卷扬机、强制对中卡槽、第二不锈钢底板、分层沉降测绳，所述四根不锈钢丝杆中部固定有第二不锈钢底板，所述第二不锈钢底板上设置有卷扬机，卷扬机线盘上设置有分层沉降测绳，分层沉降测绳自由端穿过固定在不锈钢底板上的强制对中卡槽，向上绕过固定在第二不锈钢底板上的第一滚轴；所述量测层包括：增量型旋转编码器、量测控制主板、第三不锈钢底板和液晶显示器，所述四根不锈钢丝杆上部固定有第三不锈钢底板，所述第三不锈钢底板上设置有增量型旋转编码器、量测控制主板和液晶显示器，所述分层沉降测绳自由端绕过固定在第三不锈钢底板上第二滚轴后，水平与增量型旋转编码器的齿轮移动连接，再经固定在第三不锈钢底板上第三滚轴后垂直向下，所述分层沉降测绳自由端末端设置有探头；所述混凝土基座、第一不锈钢底板、第二不锈钢底板、第三不锈钢底板对应位置上均设置有通孔，所述探头位置与通孔位置相对应；所述量测控制主板分别与卷扬机、增量型旋转编码器、探头、电池和液晶显示器相连接。

作为优选方案，所述第一不锈钢底板两侧设置有耳朵，所述螺栓穿过耳朵将第一不锈钢底板固定在混凝土基座上。

作为优选方案，所述第二不锈钢底板通过螺母固定在不锈钢丝杆上。

作为优选方案，所述第三不锈钢底板通过螺母固定在不锈钢丝杆上。

作为优选方案，所述混凝土基座采用C20/25混凝土浇筑而成，尺寸为0.5×0.5m，厚度20cm。

作为优选方案，所述分层沉降测绳上设置有孔洞，所述孔洞与齿轮相卡合。

一种能自动量测常规分层沉降系统的仪器安装方法，包括如下步骤：

步骤一：将现场分层沉降管所在位置的地面整平，在地面上将混凝土浇筑所用模具安装好，模具的尺寸为0.5m×0.5m，在模具内侧面涂抹脱模油，保证后期顺利脱模；

步骤二：根据现场情况，采用现场拌制或者运输拌制好的混凝土，将混凝土倒入模具内，并振捣均匀，待7天混凝土初凝期过后脱模，期间要进行洒水和遮光养护，防止混凝土开裂；

步骤三：混凝土浇筑14天后，完成混凝土基座开始仪器安装工作；

步骤四：仪器安装前首先要进行定位作业，将第一不锈钢底板安放在混凝土基座顶面，调整位置，保证第一不锈钢底板的四边与混凝土基座四边基本平行，用记号笔将第一不锈钢底板左右两侧4个耳朵安装孔的位置标记到混凝土基座上，移开第一不锈钢底板，在标记好的位置上用冲击钻打孔，打孔完毕，清除钻灰后，重新将第一不锈钢底板放在混凝土基座上；将水平尺安放在第一不锈钢底板上，将不锈钢丝杆拧入第一不锈钢底板带螺纹的孔洞内，依据水平尺的指示，将不锈钢丝杆旋出第一不锈钢底板底面，顶在混凝土基座上稍稍抬起第一不锈钢底板，经过不断调节不锈钢丝杆旋出第一不锈钢底板的距离，将第一不锈钢底板调平；

步骤五：第一不锈钢底板调平后，将膨胀螺栓放入第一不锈钢底板两侧耳朵的孔洞内，用扳手逐渐拧紧膨胀螺栓，将第一不锈钢底板牢牢固定在混凝土底板上；固定好后，再次用水平尺调节第一不锈钢底板的水平，调整好后，用固定螺母将第一不锈钢底板牢固的锁死在不锈钢丝杆上；

步骤六：将固定螺母拧入不锈钢丝杆上，大致距离第一不锈钢底板10-15cm，将第二不锈钢底板放入丝杆上，在第二不锈钢底板上放置水平尺，通过调节固定螺母的上下位置，将第二不锈钢底板调平；调平后在第二不锈钢的顶面用固定螺母锁死；

步骤七：将第一滚轴、强制对中卡槽和卷扬机通过螺丝螺母依次固定在第二不锈钢底板上；

步骤八：将第三不锈钢底板按照步骤六的方式，安装在不锈钢丝杆上，并将测量控制主板、增量型旋转编码器和第三滚轴、第四滚轴依次安装在第三不锈钢底板上；

步骤九：安装完毕后，将测量控制主板上的信号控制线和电源线依次连到卷扬机、增量型旋转编码器和分层沉降测绳前端的探头上，并将外部信号电缆和控制电源连接到测量控制主板上；

步骤十：将分层沉降测绳前端的探头缓慢的从卷扬机内抽出30cm，小心的绕过各个滚轴，放入分层沉降管内，将分层沉降测绳的孔洞与增量型旋转编码器的齿轮对接好；

步骤十一：通过配套的控制软件启动仪器，进行试验性读数，查看仪器是否工作正常；一切正常后，用不锈钢外罩将整个仪器罩住，不锈钢外罩通过膨胀螺栓固定在混凝土基座上。

有益效果：本发明提供的一种自动量测分层沉降系统的仪器及其测量安装方法，本仪器既能有效兼容现有的分层沉降系统，又能提高测量精度，减少分层测量系统的安装技术难度，降低测量成本和测量运行风险，具有巨大推广潜力的自动化量测仪器。

本发明具有以下优点：设计合理、工艺简单、易于加工、主要配件价格低廉，从而使得该自动化量测仪器具备较高的成本优势，该自动化量测仪器适用性广，数据传输方式灵活多样，安装简便。该自动化量测仪器不对分层沉降系统进行任何改造，使得分层沉降系统依然保留了人工读数的功能，提高了分层沉降监测项目的安全系数，不会产生由于自动化测量装置失效而导致该测量项目无法开展监测的情况，该自动化采集仪器具有广泛的市场应用前景。

附图说明

图1是本发明自动化量测仪器的立面图；

图2是本发明自动化量测仪器的下层俯视图；

图3是本发明自动化量测仪器的中间层俯视图；

图4是本发明自动化量测仪器的上层俯视图。

图5是自动化量测仪器数据传输线路示意图。

图6是自动化量测仪器内部模块连接示意图。

图7是自动化量测仪器启动测量工作的总体流程示意图。

图8是自动化量测仪器测量流程示意图。

图9是自动化量测仪器控制系统软件程序框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1-4所示，一种能对常规分层沉降系统进行自动化量测的仪器，该仪器分为基础层、牵引层、量测层上中下三层，最下面基础层为混凝土基座7，第一不锈钢底板6左右两侧有四个耳朵，作为膨胀螺丝10的固定位置，四个角处分别加工有4个带螺纹的螺丝孔可以与不锈钢丝杆1配套，第一不锈钢底板6通过膨胀螺丝10安装在混凝土基座7上面，安装时通过调节四个角上的不锈钢丝杆1伸出第一不锈钢底板6的距离，实现调平第一不锈钢底板6的功能，安装完毕后通过不锈钢螺母2锁紧不锈钢丝杆1。锂离子电池仓17通过螺丝螺母固定在第一不锈钢地板6上。牵引层的第二不锈钢底板5通过不锈钢螺母2锁紧在不锈钢丝杆1上，小型卷扬机12通过螺丝螺母固定在第二不锈钢底板5上，通过收放分层沉降测绳8实现探头15在分层沉降管中上下移动的功能。强制对中卡槽9用于将分层沉降测绳强制对中，保证分层沉降测绳8处于滚轴3的同一位移，防止分层沉降测绳8在运动过程中脱离增量型旋转编码器14的齿轮。滚轴3用于改变分层沉降测绳8的运动方向。测量层的第三不锈钢底板4通过不锈钢螺母2锁紧在不锈钢丝杆1上，量测控制主板13通过螺丝螺帽固定于上部第三不锈钢底板4上，用于控制小型卷扬机12的开启和增量型旋转编码器14的测量，并兼具数据传输、数据输入输出等功能。液晶触摸屏16通过螺丝螺帽固定于上部第三不锈钢底板4上，用于初始设置的输入，人工启动管理、实时测量数据的显示等信息的输入输出（如果仪器后期实现了电脑或采集系统的远程控制，可以不用加装该触摸屏）。分层沉降测绳8经过滚轴3改变方向，实现分层沉降测绳8前端探头15在穿过混凝土基座6、第一不锈钢底板6、第二不锈钢底板5、第三不锈钢底板4上通孔11的分层沉降管中自由移动的目的。

更优化和更具体地说，本发明的一种能对常规分层沉降系统进行自动化量测仪器的结构是：

（1）最下部的为混凝土基座7，采用C20/25混凝土浇筑而成，一般尺寸为0.5×0.5m，厚度20cm左右，基座表面在浇筑时抹平；

（2）第一不锈钢底板6采用304不锈钢板，厚度5mm，两侧焊接有4个固定耳朵，耳朵正中间有孔，用于放置不锈钢膨胀螺栓10；第一不锈钢底板6四个角位置各有4个带螺纹的圆孔，其尺寸与不锈钢丝杆1外径配套（不锈钢丝杆直径10mm左右），通过调节丝杆伸出第一不锈钢底板6的长度来调平第一不锈钢底板，实现整套仪器处于水平状态的功能。待仪器调平后，通过不锈钢膨胀螺栓10将第一不锈钢底板6固定在混凝土基座7上；通过螺丝螺母将锂电池电源仓17固定于第一不锈钢地板6上；

（3）第二不锈钢底板5通过上下两颗固定螺母2固定在不锈钢丝杆1上，底板厚度为5mm。小型卷扬机12通过螺丝螺母固定在第二不锈钢底板5上，在小型卷扬机前段固定一块特氟龙材质的强制对中卡槽9，测绳通过卡槽后被强制对中，防止出现测绳左右运动脱离增量型旋转编码器14齿轮的现象，特氟龙是一种摩擦系数极小的材料，可以有效减少测绳与强制对中卡槽的摩擦系数，降低测绳的磨损。在强制对中卡槽前端固定一个滚轴3，用以改变测绳8的运动方向。测绳8为普通手持式分层沉降仪的测绳打孔改装而成，打孔的目的是保证测绳在移动过程中，能有效带动数字编码器14的齿轮；

（4）第三不锈钢底板4通过上下两颗固定螺母2固定在不锈钢丝杆1上，底板厚度为5mm。第二不锈钢底板4的前端开有一个凹槽，保证测绳8可以无影响的升到第二不锈钢底板。在第二不锈钢底板上固定有测量控制主板13，该主板采用集成电路板的方式，分别与小型卷扬机、测绳、探头以及增量型旋转编码器14相连，通过控制小型卷扬机的启闭，实现上拉或下放测绳8的目的，当测绳前端的探头探测到分层沉降管内沉降环的位置时，测量控制主板通过读取增量型旋转编码器14的编码，即可知道该沉降环相对分层沉降管管口的距离，通过四则运算即可得出两次测量时间段内该沉降环相对分层沉降管管口的位移量，测量控制主板同时具有数据传输端口，通过加装不同的通讯模块即可实现有线或无线的数据传输功能，该主板外部套有一个不锈钢外罩，通过固定螺丝螺母可以将主板的不锈钢外罩固定在第三不锈钢底板上。通过螺丝螺母将液晶屏16固定在第三不锈钢地板4上，并与控制主板13连接好，当仪器安装好后，可以通过其输入初始设置，并实时查看仪器的各种工作信息。增量型旋转编码器14固定于第三不锈钢底板4上，增量型旋转编码器前端的齿轮与测绳8相扣合，当测绳8移动时，通过测绳8上的孔，可以带动数字编码器的轴转动，实现数字化记录测绳移动长度的功能；

（5）混凝土基座、第一不锈钢底板、第二不锈钢底板、第三不锈钢底板在后部均开有一个圆孔，圆孔的直径稍大于要测量的分层沉降管的直径，这样在安装的过程中各个底板能非常顺滑的套在分层沉降管上。

通过小型卷扬机带动分层沉降仪测绳，可以实现在分层沉降管内自动收放仪器探头的目的，采用数字编码器测量测绳的位移量，即可得到仪器探头测量出的不同深度的沉降环距离管口的距离，通过计算两次测量的距离之差，即可得到沉降环在两次测量时间段内的沉降量。

自动化测量仪器结构如图5、6所示，仪器电路包括电源供电单元、控制单元、工作单元、信息输入显示单元、信息传输单元等，以下一一进行说明。

（1）控制单元，用于控制测量仪器执行具体的操作。该控制单元集成有单片机模块、存储模块、设备接口模块、时钟模块、通信模块和单片机程序。单片机模块是控制单元的核心部件，采用高度集成的高速、低功耗单片机和相关集成电路组建，包括命令处理功能、数据采集控制、通信传输等功能。单片机模块通过设备接口模块与工作单元、信息传输单元、电源供电单元及信息输入单元等连接，主要执行的控制工作有：自动收放、测量、其他辅助工作，接收上位机命令、参数设置、上传数据和信息、保存数据等。控制单元的存储模块包括非易失性存储器，例如SD存储卡等，可以由其他设备直接读取数据内容。

（2）工作单元，用于执行对常规分层沉降系统的测量操作，包括用于测量测绳收放长度的测量模块、用于控制测绳收放的电源控制模块和用于探测沉降环位置的信号模块。

参考图6，测量模块包含增量型旋转编码器：测量精度0.1mm；

电源控制模块包含直流电机：可自由控制转动速度、起停等；

信号模块包含仪器探头：可精确探测沉降环位置，并输出电信号；

仪器控制探头在分层沉降系统内上下移动，当检测到一个分层沉降环时，仪器同步记录当前位置；以同样方法依次检测所有分层沉降环并保存数据，当与外部电脑或控制系统连接时，会将数据同时发送给外部系统以计算出各沉降环的沉降量，测量结束后仪器将探头收放至初始位置。

（3）信息传输单元，用于仪器与外部系统之间交互数据信息。为提高数据传输的速度和效率，仪器与外部系统之间包括两个独立的数据传输通道，即USB通信通道和485通信通道，保证数据信息传输迅速、可靠。工作人员可以定期通过USB通道获取监测数据，或者外部系统通过485通信通道发送至仪器的各种命令、参数，仪器通过该数据传输通道发送给外部系统的各项测量数据和信息。

（4）电源供电单元，用于提供仪器的供电和电源管理。在本实施例中，电源供电单元包括锂电池和电源管理模块。锂电池采用内置或可拆卸的方式安装在电池仓内，例如采用大容量锂电池供电，充电一次可以满足测量仪器满负荷工作24小时以上。电源管理模块根据仪器各个功能单元工作电压、电流进行合理分配，并且对仪器的各个功能单元的工作电流、电压、温度进行监控，对发生过流、过压情况进行报警并自动保护，并且对蓄电池充放电电流、电压、温度进行自动监控和管理，对欠压、过流、过温度等情况进行报警和保护，延长电池工作寿命，保证设备正常工作。

下面参考图6并结合图7所示的流程图，详细说明本发明的自动化测量仪器对分层沉降系统进行测量的方法。

如图8所示，开启电源，测量仪器执行测量准备，进行开机检查，包括连接线缆、连接控制装置通信、启动控制程序、预热、系统状态检查、电池容量检查、通信连接测试、电机驱动测试、恢复初始工作位置、工作模式设置等工作，其中：

恢复初始工作位置：仪器出厂时，设置好了探头的初始位置，即初始编码器的值；

工作模式设置：测量数量、测点编号、测量深度；

参考图8所示，测量仪器完成准备工作以后，可以进行分层沉降系统测量工作。其具体工作步骤如下：

步骤1启动测量工作模式；

步骤2卷扬机放线，进行预先测量工作；

步骤3检查是否有探头到达设置深度的命令，若无命令则进入步骤4；否则直接进入步骤8；

步骤4检查是否收到获得探头信号的命令，若有命令则进入步骤5；否则进入步骤2；

步骤5计数工作，探头每探测到一个沉降环，就计数一次，并记录测量到的该沉降环的位置；

步骤6检查计数数量是否达到设置的数量，如果达到则进入步骤7；否则进入步骤2；

步骤7将探头继续下放20cm后，停止下放探头的动作，然后进入步骤8；

步骤8卷扬机收线，进行正式测量；

步骤9检测探头是否达到初始位置，如果未到则转入步骤10；否则转入步骤12(即进入停止收线步骤)；

步骤10检测是否收到获得探头信号的命令，如果收到则进入步骤11（即进入记录测量值步骤）；否则进入步骤8；

步骤11记录测量到的沉降环位置，并自动储存；

步骤12卷扬机停止收线，并进入步骤13（即进入形成一条测量记录步骤）；

步骤13仪器自动将本次测量的所有信息写成一条测量记录，并自动保存，然后进入步骤14（即进入工作结束步骤）；

步骤14控制探头进入初始位置，结束工作。

仪器监控系统软件

本实例中控制主板13内安装仪器监控软件，采用采用高级语言编写的可视化、人机交互的计算机程序，通过液晶显示器，操作人员能控制仪器进行测量操作，并实时监测仪器的运行状态。

控制主板13内运行的仪器监控软件包括系统管理程序、运行控制程序和数据处理程序，参见图9所示，其中：

1）系统管理程序：

系统管理程序包括项目管理、系统安全管理和运行操作日志等内容。

2）运行控制程序：

运行控制程序包括系统设置、系统自检、测量控制等内容。

3）数据处理程序：

数据处理程序包括数据整理和数据库管理等工作。

本发明一种能对常规分层沉降系统进行自动化量测的仪器，通过自动收放测绳，达到控制测绳前端探头在分层沉降管内自由移动的目的。自动测量时，首先控制小型卷扬机，将测绳前部探头缓慢的放到分层沉降管管底（通过在测量控制主板上写入分层沉降管的长度既可以实现该功能），然后缓慢匀速拉升探头，当探头探测到分层沉降管外不同埋设深度的沉降环时，测量控制主板自动读取此时数字编码器的读数，并存储下来，将两次测量的读数相减即可得到在两次测量历时之间该沉降环相对分层沉降管管口的位移量，该位移量可以通过有线、无线电台、无线网桥或GPRS等手段传输到现场管理站的控制电脑内，并通过配套的软件将其数值展现出来。该仪器可以采用有线或者太阳能供电两种方式，当采用太阳能供电时，太阳能蓄电池放置于下层与中间层之间的位置。

配合该自动化量测仪器的安装方法，其特征在于，步骤如下：

实施例1，一种能对常规分层沉降系统进行自动化量测的仪器安装方法。

（1）仪器到场后，先开箱检查，查看外表有无破损等情况；

（2）将现场分层沉降管所在位置的地面整平，在地面上将混凝土浇筑的模具安装好，一般模具的尺寸为0.5m×0.5m，在模具内侧面涂抹脱模油，保证后期顺利脱模。在模具的适当位置开孔，安装电缆穿线管，方便后期仪器电缆走线（如采用无线传输和太阳能供电的方式，无此步骤）；

（3）根据现场情况，采用现场伴制或者运输伴制好的混凝土，将混凝土倒入模具内，并振捣均匀，待7天混凝土初凝期过后脱模，期间要进行洒水和遮光养护，防止混凝土开裂；

（4）混凝土浇筑14天后既可以开展仪器安装工作。在等待混凝土凝固的这段时间，将仪器的电源和信号线埋设到仪器安装位移（如采用无线传输和太阳能供电的方式，无此步骤）；

（5）仪器安装前首先要进行定位作业，将下层底板安放在混凝土底座顶面，调整位置，保证底板的四边与混凝土底座四边基本平行，用记号笔将底板左右两侧4个耳朵安装孔的位置标记到混凝土底板上，移开底板，在标记好的位置上用冲击钻打孔，待清除钻灰后，重新将底板放在混凝土底座上。将水平尺安放在底板上，将不锈钢丝杆拧入底板带螺纹的孔洞内，根据水平尺的指示，将不锈钢丝杆旋出底板底面，顶在混凝土底座上稍稍抬起底板，经过不断调节丝杆旋出底板的距离，将底板调平；

（6）底板调平后，将膨胀螺栓放入底板两侧耳朵的孔洞内，用扳手逐渐拧紧膨胀螺栓，将底板牢牢固定在混凝土底板上。固定好后，再次用水平尺调节底板的水平，调整好后，用固定螺母将底板牢固的锁定在丝杆上；

（7）将滚轴、强制对中卡槽和小型卷扬机通过螺丝螺母依次固定在不锈钢板上；

（8）将测量控制主板、数字编码器和滚轴依次安装在底板上；

（9）将固定螺母拧入丝杆上，大致距离下层底板10-15cm左右，将中间层底板放入丝杆上，在底板上放置水平尺，通过调节固定螺母的上下位置，将底板调平。调平后在中间层底板的顶面用固定螺母锁死；

（10）将上层底板按照步骤9的方式，按照在丝杆上；

（11）安装完毕后，将测量控制主板上的信号控制线和电源线依次连到小型卷扬机、测绳和数字编码器上，并将外部信号和控制电源连接到控制主板上；

（12）将测绳前端的探头缓慢的从小型卷扬机内抽出30cm，小心的绕过各个滚轴，放入分层沉降管内，将测绳的孔洞与数字编码器的齿轮对接好；

（13）通过配套的控制软件启动仪器，进行试验性读数，检查仪器是否工作正常。一切正常后，用不锈钢外罩将整个仪器罩住，不锈钢外罩通过膨胀螺栓固定在混凝土土底座上。

本发明针对传统的分层沉降自动采集仪器的不足，发明了一种能对常规分层沉降系统进行自动化量测的仪器，具有以下特点：

（1）该自动化量测仪器，不仅可以对新安装的分层沉降系统进行自动化测量，而且可以对老旧分层沉降系统进行自动化改造升级，仪器适用性广；

（2）该自动化量测仪器，对分层沉降的管道没有做任何改造，不会妨碍对分层沉降系统的人工测读，解决了传统分层沉降自动化测量系统无法进行人工校核的缺陷，同时由于允许对分层沉降系统进行人工测读，有效的避免了由于自动化量测系统出现故障，导致整个监测工作无法开展的情况，降低了整个监测项目的日常运行风险；

（3）该自动化量测仪器可以采用有线、无线等方式进行数据传输，并能够根据现场情况采用有线和太阳能蓄电池等多种供电方式，其配套功能灵活多样，可广泛适用各种现场环境；

（4）该自动化量测仪器采用模块化设计，结构简单，能有效的降低生产成本，便于日常维护。

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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种自动量测分层沉降系统的仪器，包括：基础层、牵引层、量测层，其特征在于：所述基础层包括：混凝土基座、第一不锈钢底板、不锈钢丝杆和锂离子电池仓，所述混凝土基座顶部通过螺栓固定有第一不锈钢底板，所述第一不锈钢底板上固定有四根不锈钢丝杆，所述锂离子电池仓通过螺栓固定在第一层不锈钢底板上；所述牵引层包括：卷扬机、强制对中卡槽、第二不锈钢底板、分层沉降测绳，所述四根不锈钢丝杆中部固定有第二不锈钢底板，所述第二不锈钢底板上设置有卷扬机，卷扬机线盘上设置有分层沉降测绳，分层沉降测绳自由端穿过固定在不锈钢底板上的强制对中卡槽，向上绕过固定在第二不锈钢底板上的第一滚轴；所述量测层包括：增量型旋转编码器、量测控制主板、第三不锈钢底板和液晶显示器，所述四根不锈钢丝杆上部固定有第三不锈钢底板，所述第三不锈钢底板上设置有增量型旋转编码器、量测控制主板和液晶显示器，所述分层沉降测绳自由端绕过固定在第三不锈钢底板上第二滚轴后，水平与增量型旋转编码器的齿轮移动连接，再经固定在第三不锈钢底板上第三滚轴后垂直向下，所述分层沉降测绳自由端末端设置有探头；所述混凝土基座、第一不锈钢底板、第二不锈钢底板、第三不锈钢底板对应位置上均设置有通孔，所述探头位置与通孔位置相对应；所述量测控制主板分别与卷扬机、增量型旋转编码器、探头、锂离子电池仓、液晶显示器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种自动量测分层沉降系统的仪器，其特征在于：所述第一不锈钢底板两侧设置有耳朵，所述螺栓穿过耳朵将第一不锈钢底板固定在混凝土基座上。

3.根据权利要求1所述的一种自动量测分层沉降系统的仪器，其特征在于：所述第二不锈钢底板通过螺母固定在不锈钢丝杆上。

4.根据权利要求1所述的一种自动量测分层沉降系统的仪器，其特征在于：所述第三不锈钢底板通过螺母固定在不锈钢丝杆上。

5.根据权利要求1所述的一种自动量测分层沉降系统的仪器，其特征在于：所述混凝土基座采用C20/25混凝土浇筑而成，尺寸为0.5×0.5m，厚度20cm。

6.根据权利要求1所述的一种自动量测分层沉降系统的仪器，其特征在于：所述分层沉降测绳上设置有孔洞，所述孔洞与齿轮相卡合。

7.根据权利要求1所述的仪器的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：仪器安装调试后，设置初始参数，包括：探头的初始位置、测量点编号、测量沉降环的数量、每次测量重复的次数、测量的间隔时间、最大测量深度；

步骤二：仪器收到测量命令后，开始自检，并将探头收放至初始位置；仪器自动将探头放入沉降管内，并开始探测沉降环的位置；当检测到一个沉降环时，仪器记录沉降环的数量；以同样方法依次记录沉降环的数量达到设置数量或探头下放深度达到设置的最大测量深度后，仪器自动将探头放20cm深度后停止放探头；

步骤三：仪器自动收拉探头，当探头检测到一个沉降环时，仪器根据编码器记录沉降环的位置，自动记录沉降环的深度并自动存储；重复以上步骤依次记录各个沉降环的位置和深度并保存数据；测量结束后仪器自动将探头收放至初始位置，并自动生成一条包括时间、测量用时、实际沉降环的测量数量的测量日志。

8.根据权利要求1所述的仪器的安装方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：将现场分层沉降管所在位置的地面整平，在地面上将混凝土浇筑所用模具安装好，模具的尺寸为0.5m×0.5m，在模具内侧面涂抹脱模油，保证后期顺利脱模；

步骤二：根据现场情况，采用现场拌制或者运输拌制好的混凝土，将混凝土倒入模具内，并振捣均匀，待7天混凝土初凝期过后脱模，期间要进行洒水和遮光养护，防止混凝土开裂；

步骤三：混凝土浇筑14天后，完成混凝土基座开始仪器安装工作；

步骤四：仪器安装前首先要进行定位作业，将第一不锈钢底板安放在混凝土基座顶面，调整位置，保证第一不锈钢底板的四边与混凝土基座四边基本平行，用记号笔将第一不锈钢底板左右两侧4个耳朵安装孔的位置标记到混凝土基座上，移开第一不锈钢底板，在标记好的位置上用冲击钻打孔，打孔完毕，清除钻灰后，重新将第一不锈钢底板放在混凝土基座上；将水平尺安放在第一不锈钢底板上，将不锈钢丝杆拧入第一不锈钢底板带螺纹的孔洞内，依据水平尺的指示，将不锈钢丝杆旋出第一不锈钢底板底面，顶在混凝土基座上稍稍抬起第一不锈钢底板，经过不断调节不锈钢丝杆旋出第一不锈钢底板的距离，将第一不锈钢底板调平；

步骤五：第一不锈钢底板调平后，将膨胀螺栓放入第一不锈钢底板两侧耳朵的孔洞内，用扳手逐渐拧紧膨胀螺栓，将第一不锈钢底板牢牢固定在混凝土底板上；固定好后，再次用水平尺调节第一不锈钢底板的水平，调整好后，用固定螺母将第一不锈钢底板牢固的锁死在不锈钢丝杆上；

步骤六：将固定螺母拧入不锈钢丝杆上，大致距离第一不锈钢底板10-15cm，将第二不锈钢底板放入丝杆上，在第二不锈钢底板上放置水平尺，通过调节固定螺母的上下位置，将第二不锈钢底板调平；调平后在第二不锈钢的顶面用固定螺母锁死；

步骤七：将第一滚轴、强制对中卡槽和卷扬机通过螺丝螺母依次固定在第二不锈钢底板上；

步骤八：将第三不锈钢底板按照步骤六的方式，安装在不锈钢丝杆上，并将测量控制主板、增量型旋转编码器和第三滚轴、第四滚轴依次安装在第三不锈钢底板上；

步骤九：安装完毕后，将测量控制主板上的信号控制线和电源线依次连到卷扬机、增量型旋转编码器和分层沉降测绳前端的探头上，并将外部信号电缆和控制电源连接到测量控制主板上；

步骤十：将分层沉降测绳前端的探头缓慢的从卷扬机内抽出30cm，小心的绕过各个滚轴，放入分层沉降管内，将分层沉降测绳的孔洞与增量型旋转编码器的齿轮对接好；

步骤十一：通过配套的控制软件启动仪器，进行试验性读数，查看仪器是否工作正常；一切正常后，用不锈钢外罩将整个仪器罩住，不锈钢外罩通过膨胀螺栓固定在混凝土基座上。