CN107504955B - 固定式容栅编码器测斜装置、测斜仪、测斜设备及测斜系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固定式容栅编码器测斜装置、测斜仪、测斜设备及测斜系统。该测斜装置、测斜仪利用容栅编码器原理，通过测量装置倾斜角度，进而推算出被测土层内部的偏移量，可使该固定式容栅编码器测斜装置、测斜仪在相对低廉的成本下，达到更高的检测精度。该测斜设备采用若干测斜仪固定安装在导管内，无需人工操作测斜仪在导管内升降，在保证整体成本低、测量精度高的前提下，能够实现自动化实时连续测量。该测斜系统则可以实现远程或本地交互，读取数据更为方便，安全性更高。

Description

固定式容栅编码器测斜装置、测斜仪、测斜设备及测斜系统

技术领域

本发明涉及一种固定式容栅编码器测斜装置、测斜仪、测斜设备及测斜系统。

背景技术

在地铁、大型楼宇的施工监测中，大坝桥梁边坡的保护性监测中，测斜是一项非常重要的指标。测斜仪测量土体内部位移造成的偏移变化量，可以绘出所测量断面的位移断面图。通过分析每日测量得到的数据，可以推出内部土体的变化趋势，指导工程建设、监测结构状况，防止滑坡塌方等灾害的发生。

目前用的较多的是滑动式重力加速度传感器测斜仪，滑动式测斜仪先放入被测的测斜导管的底部，假设孔底不动，然后导轮沿着测斜导管的导槽提升测斜仪的长度L，加速度传感器可以测到在每一个点的倾斜角度，待数值稳定后，读出倾斜角度，继续提升L。在提升若干次后，测完整个测斜导管的所有位置，将计算得到的所有水平偏差累积起来，从测孔底部绘成曲线，结果就是初次观察与后来的任意一次观察之间的水平位移变化曲线，代表观测期间土体发生的水平位移变形，得到类似于下图的曲线。但是，现在所使用的测斜仪存在如下问题：1、由于采用了低成本的加速度传感器芯片，故精度较低，其精度勉强达到要求；2、成本依然很高，无法接受大量高密度使用；3、线非常的多和复杂，安装排布麻烦。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精度高，且成本低廉的固定式容栅编码器测斜装置。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种固定式容栅编码器测斜装置，包括壳体、设置在所述壳体内的摆锤、相对设置的容栅标尺和容栅电路板、及与所述容栅电路板和容栅标尺之间信号连接的容栅芯片；所述壳体内形成有收纳所述摆锤的收纳腔，所述摆锤的一端挂在所述壳体上，且所述摆锤以挂在所述壳体上的一端为中心轴相对所述壳体摆动；所述容栅标尺固定在所述摆锤上，所述容栅标尺随所述摆锤沿所述容栅电路板的平面移动；或者所述容栅电路板固定在所述摆锤上，所述容栅电路板随所述摆锤沿所述容栅标尺的平面移动。

进一步的，所述容栅标尺的数量、容栅电路板的数量均为两个；两个所述容栅标尺相对固定在摆锤的两侧，每个所述容栅电路板分别对应一个容栅标尺平行设置在所对应的容栅标尺的一侧；或者，两个所述容栅电路板相对固定在摆锤的两侧，每个所述容栅标尺分别对应一个容栅电路板平行设置在所对应的容栅电路板的一侧。

进一步的，所述固定式容栅编码器测斜装置还包括连接所述摆锤和所述壳体的摆锤吊臂。

本发明还提供了一种测斜仪，包括上述固定式容栅编码器测斜装置。

进一步的，所述测斜仪还包括与所述固定式容栅编码器测斜装置连接的测斜杆本体及设置在所述测斜杆本体上的定位轮和活动轮，所述定位轮和活动轮沿纵长方向的垂直方向设置在所述测斜杆本体的两侧，所述定位轮安装在所述测斜杆本体上，所述活动轮通过连接件安装在所述测斜杆本体上，所述连接件与测斜杆本体之间通过轴连接，所述轴上套设有扭簧，所述扭簧的一端抵持所述连接件，另一端抵持所述测斜杆本体。

进一步的，所述测斜仪还包括管体，所述固定式容栅编码器测斜装置设置在所述管体内，所述管体的两侧对称设置有偶数个导轮，其中两两对应设置，每两个对应设置的导轮之间通过导杆连接，导杆活动安装在管体上。

本发明还提供了一种测斜设备，包括导管和设置在所述导管内的若干所述测斜仪，每个所述测斜仪固定在所述导管内。

进一步的，若干个所述测斜仪沿所述导管的纵长方向依次排列，若干所述测斜仪通过电导线并联。

进一步的，所述导管内设置有总线缆，每个所述测斜仪通过分线缆并联在所述总线缆上。

本发明还提供了一种测斜系统，包括云平台或者计算机和与所述云平台或计算机信号连接的所述的测斜仪或者所述的测斜设备。

本发明的有益效果在于：本发明的固定式容栅编码器测斜装置通过采用容栅标尺和容栅电路板，并将该容栅标尺或容栅电路板安装在摆锤上，当摆锤摆动后，容栅标尺与容栅电路板之间形成相对位移，导致输出信号产生相位差，利用容栅芯片对输出信号相位差进行鉴别，即可测算出容栅标尺与容栅电路板之间的相对位移，进而推算出该固定式容栅编码器测斜装置的倾斜角度，与现有技术相比，该固定式容栅编码器测斜装置、测斜仪利用了高精度的容栅传感器的原理，在相对低廉的成本下，可达到更高的检测精度。该测斜设备采用若干测斜仪固定安装在导管内，无需人工操作测斜仪在导管内升降，在保证整体成本低、测量精度高的前提下，能够实现自动化实时连续测量。该测斜系统则可以实现远程或本地交互，读取数据更为方便，安全性更高。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明一实施例所示的测斜系统的部分结构示意图；

图2为图1中测试仪的结构示意图；

图3为图2所示的测试仪的部分结构示意图；

图4为图3中的部分结构示意图；

图5为图2中固定式容栅编码器测斜装置的部分结构示意图；

图6为图5的分解示意图；

图7为可用于本实施例的测斜系统的另一种测试仪的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1至图6，本发明一较佳实施例所示的一种测斜系统包括云平台100和与所述云平台100信号连接的测斜设备200。在其他实施方式中，可以将云平台改为本地计算机，还可以将测斜设备直接换成测试仪。当测斜设备与远程平台连接时，其两者之间通过4G模块300进行数据传输。所述测斜设备200包括导管10和设置在所述导管10内的若干所述测斜仪20。每个所述测斜仪20固定在所述导管10内，从而无需在导管10内提升或者下降，以获得实时的水平位移曲线，对于灾害发生有更短的响应时间，达到更高的安全性。若干个所述测斜仪20沿所述导管10的纵长方向依次排列，若干所述测斜仪20通过电导线并联设置，所述导管10内设置有总线缆(未标号)，每个所述测斜仪20通过分线缆并联在所述总线缆上。通过此种设计，从而可以一方面：减少排线，另一方面：当其中任何一个测斜仪20损坏时，并不会导致测斜设备无法使用。若干测斜仪20通过绳索40(在本实施例中采用钢索)串接，以此使相邻两个测斜仪20首尾相连静置在导管10内。

请参见图2至图4，所述测斜仪20包括测斜杆本体21、设置在所述测斜杆本体21一侧的固定式容栅编码器测斜装置22和设置在所述测斜杆本体21的末端的测斜仪连接头25，所述测斜杆本体21沿测斜仪20的纵长方向延伸，该测斜仪连接头25与钢索40连接，以通过钢索40受力支撑整个测斜仪20。所述固定式容栅编码器测斜装置22与测斜仪连接头25相对设置在所述测斜杆本体21的两侧，固定式容栅编码器测斜装置22上设置有电线23，以通过该电线23与分线缆连接，当然，也可以将该电缆14直接作为分线缆而与总线缆连接。所述测斜仪20还包括设置在所述测斜杆本体21上的滑轮组件。所述滑轮组件包括定位轮23和活动轮24，所述定位轮23和活动轮24沿测斜杆本体21的纵长方向(即测斜仪20的纵长方向)的垂直方向设置在所述测斜杆本体21的两侧。所述定位轮23安装在所述测斜杆本体21上，其具体通过连接轴251固定在测斜杆本体21上。所述活动轮24通过连接件26安装在所述测斜杆本体21上，所述连接件26与测斜杆本体21之间通过轴27连接，所述轴27上套设有扭簧28，所述扭簧28的一端抵持所述连接件26，另一端抵持所述测斜杆本体21。所述定位轮23和活动轮24相对设置在所述测斜杆本体21的两侧。所述测斜杆本体21包括两片相对设置的固定板211和管体212。所述定位轮23、连接件26设置在两片所述固定板211之间。所述固定板211形成在所述管体212内，该管体212和固定板211一体成型。所述测斜杆本体21上开设有第一开口部(未图示)和第二开口部(未图示)，所述定位轮23穿过所述第一开口部以外露出管体212，所述连接件26穿过所述第二开口部以外露出管体212，该活动轮24位于管体212的外部。所述固定板211具有沿测斜仪20的纵长方向延伸的板体部2111和自所述板体部2111的一侧向外凸伸的凸部2112，所述凸部2112垂直板体部2111，所述定位轮23安装在所述凸部2112上，所述板体部2111的一侧形成有缺口2113，所述缺口2113位于所述活动轮24的一侧，当所述连接件26收折后，活动轮24位于所述缺口2113内。在该实施例中，为了使固定式容栅编码器测斜装置22固定稳定，在固定板211的两侧分别设置有两个定位轮23和两个活动轮24，每个定位轮23对应一个活动轮24，两个定位轮23呈上下排布。结合图1，该测斜仪20在使用的时候，由于活动轮24、扭簧28、连接件26的存在，可以调整测斜仪20在导管10内的位置，以防止测斜仪20在导管10内晃动从而影响测量精度。该测斜仪20的定位方式如下：当测斜仪20在导管10内移动时，若定位轮23或活动轮24其中一侧未与导管10的内壁接触，则说明测斜仪10未完全固定在导管10内，此时，活动轮24在扭簧28的作用下，推动连接件26发生位移，进而使活动轮24位移直至定位轮23和活动轮24均抵持导管10的内壁，从而调节测斜仪20在导管10内的位置，使定位轮23和活动轮24均与导管10的内壁接触。

在其他实施方式中，请参见图7，该测斜仪还可以为如下结构：所述测斜仪包括管体1’和设置在管体1’内的固定式容栅编码器测斜装置22，所述管体1包括本体段11’、设置在所述本体段11’的末端的连接件12’和设置在所述本体段11’的首端上的电缆连接段13’，所述电缆连接段13’与本体段11’套接，所述电缆连接段13’上设置有电线14’，该电线14’穿入至本体段11’内以与固定式容栅编码器测斜装置22电性连接，在具体使用时，可以将该电线14’设置为测斜设备200中的分线缆，或者通过分线缆将所述电线14与总线缆连接。所述管体1的两侧对称设置有四个导轮3’，其中两两对应设置，两个对应设置的导轮3’之间通过导杆15’连接，导杆15’活动安装在管体1’上。

请参见图5和图6并结合图4，所述固定式容栅编码器测斜装置22包括外部罩壳221、设置在所述外部罩壳221内的壳体222、设置在所述壳体222内的摆锤223、相对设置的容栅标尺224和容栅电路板225及与所述容栅电路板225和容栅标尺224之间信号连接的容栅芯片226。通过该外部罩壳221可以使得该固定式容栅编码器测斜装置22一体式包装。所述壳体222内形成有收纳所述摆锤223的收纳腔227，所述摆锤223的一端挂在所述壳体222上，且所述摆锤223以挂在所述壳体222上的一端为轴心相对所述壳体222摆动。所述容栅标尺224、容栅电路板225中的一个固定在所述摆锤223上。在本实施例中，所述容栅标尺224固定在所述摆锤223上，所述容栅标尺224随所述摆锤223沿所述容栅电路板225的平面移动。在其他实施方式中，可以将容栅电路板225固定在所述摆锤223上，所述容栅电路板225随所述摆锤223沿容栅标尺224的平面移动。在本实施例中，所述容栅标尺224的数量、容栅电路板225的数量均为两个；两个所述容栅标尺224相对固定在摆锤223的两侧，每个所述容栅电路板225分别对应一个容栅标尺224平行设置在所对应的容栅标尺224的一侧。当然，该容栅标尺224和容栅电路板225的数量也可以设置为一个，但是当容栅标尺224的数量、容栅电路板225的数量为两个，其测量精度更高，容栅标尺224的数量、容栅电路板225的数量均为两个时，其测量原理如下：请结合图1、图6及图7，当摆锤223摆动后，容栅标尺224和容栅电路板225之间形成相对偏移角度θ，导致容栅编码器的输出信号产生与偏移角度对应的相位差，假设固定式容栅编码器测斜装置22误差为Δ，则固定式容栅编码器测斜装置22输出的两组测量信号分别为s₁＝u(θ,t)+Δ；s₂＝-u(θ,t)+Δ，即容栅编码器实际输出信号u(θ,t)＝(s₁-s₂)/2。利用容栅芯片226对容栅编码器的输出信号u(θ,t)进行相位鉴别，即可测算出容栅标尺224与容栅电路板225之间的相对偏移角度θ。

所述收纳腔227的两侧设置有使所述收纳腔227与外部连通的第一开口侧(未标号)和第二开口侧(未标号)。两个所述容栅电路板225分别设置在所述第一开口侧和第二开口侧上以密封所述第一开口侧和第二开口侧。该容栅电路板225通过紧固件固定在所述壳体222上。所述固定式容栅编码器测斜装置22还包括连接所述摆锤223和所述壳体222的摆锤吊臂228，通过摆锤吊臂228使摆锤223和壳体222之间连接，连接方式简单。为了便于整体的安装及使得整体更紧凑，所述容栅芯片226设置在所述摆锤223的下方。采用容栅标尺224和容栅电路板225，并将该容栅标尺224或容栅电路板225安装在摆锤223上，当摆锤223摆动后，容栅标尺224与容栅电路板225之间形成相对位移，导致输出信号产生相位差，利用容栅芯片226对输出信号相位差进行鉴别，即可测算出容栅标尺224与容栅电路板2之间的相对位移，进而推算出该固定式容栅编码器测斜装置的倾斜角度，从而达到测试工程基坑测斜的目的。该固定式容栅编码器测斜装置22通过容栅技术比传统的测斜仪20精度更高，成本更低，使用方便，告别传统的人工拉拽记录数据的模式。

请结合图1至图6，该测斜仪20的原理与传统的滑动式测斜仪20类似，所述测斜仪20通过固定式容栅编码器测斜装置22跟着导管10的倾斜，直接读出相对摆锤223方向的夹角θ。该测斜仪20相对于传统的加速度传感器测斜仪20，在达到更高精度的同时成本能够大幅下降，实现固定式测斜。该测斜仪20无需在导管10内提升或下降，而是在导管10内首尾相连并排静置。每次测量时，通过总线缆依次读取所有测斜仪20的中固定式容栅编码器测斜装置22的倾斜角度，计算之后通过4G模块300直接传送到云平台100。通过在基坑的所有导管10中安装上固定式容栅编码器测斜装置22(如30米的管体1，0.5米长的测斜仪20，则需要60个固定式容栅编码器测斜装置22)即可实时读取所有数据，借助云平台100，可以做到每小时甚至每分钟测量一次。通过测斜仪20，可以获得实时的水平位移曲线，对于灾害发生有更短的响应时间，达到更高的安全性。

综上所述：上述固定式容栅编码器测斜装置22通过采用容栅标尺224和容栅电路板225，并将该容栅标尺224安装在摆锤223上，当摆锤223摆动后，容栅标尺224与容栅电路板225之间形成相对位移，导致输出信号产生相位差，利用容栅芯片对输出信号相位差进行鉴别，即可测算出容栅标尺224与容栅电路板225之间的相对位移，进而推算出该固定式容栅编码器测斜装置22的倾斜角度，与现有技术相比，该固定式容栅编码器测斜装置22、测斜仪20利用了高精度的容栅传感器的原理，在相对低廉的成本下，可达到更高的检测精度。该测斜设备200采用若干测斜仪20固定安装在导管10内，无需人工操作测斜仪在导管10内升降，在保证整体成本低、测量精度高的前提下，能够实现自动化实时连续测量。该测斜系统则可以实现远程或本地交互，读取数据更为方便，安全性更高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种测斜仪，其特征在于，测斜仪固定在导管内，其包括固定式容栅编码器测斜装置和与所述固定式容栅编码器测斜装置连接的测斜杆本体及设置在所述测斜杆本体上的定位轮和活动轮，所述定位轮和活动轮沿纵长方向的垂直方向设置在所述测斜杆本体的两侧，所述定位轮安装在所述测斜杆本体上，所述活动轮通过连接件安装在所述测斜杆本体上，所述连接件与测斜杆本体之间通过轴连接，所述轴上套设有扭簧，所述扭簧的一端抵持所述连接件，另一端抵持所述测斜杆本体；

所述固定式容栅编码器测斜装置，包括壳体、设置在所述壳体内的摆锤、相对设置的容栅标尺和容栅电路板、及与所述容栅电路板和容栅标尺之间信号连接的容栅芯片；所述壳体内形成有收纳所述摆锤的收纳腔，所述摆锤的一端挂在所述壳体上，且所述摆锤以挂在所述壳体上的一端为中心轴相对所述壳体摆动；所述容栅标尺固定在所述摆锤上，所述容栅标尺随所述摆锤沿所述容栅电路板的平面移动；或者所述容栅电路板固定在所述摆锤上，所述容栅电路板随所述摆锤沿所述容栅标尺的平面移动；

测斜杆本体的两侧分别设置有两个定位轮和两个活动轮，每个定位轮对应一个活动轮，两个定位轮呈上下排布。

2.如权利要求1所述的测斜仪，其特征在于，所述容栅标尺的数量、容栅电路板的数量均为两个；两个所述容栅标尺相对固定在摆锤的两侧，每个所述容栅电路板分别对应一个容栅标尺平行设置在所对应的容栅标尺的一侧；或者，两个所述容栅电路板相对固定在摆锤的两侧，每个所述容栅标尺分别对应一个容栅电路板平行设置在所对应的容栅电路板的一侧。

3.如权利要求1所述的测斜仪，其特征在于，所述固定式容栅编码器测斜装置还包括连接所述摆锤和所述壳体的摆锤吊臂。

4.一种测斜设备，其特征在于，所述测斜设备包括导管和设置在所述导管内的若干如权利要求1至3项中任意一项所述测斜仪，每个所述测斜仪固定在所述导管内。

5.如权利要求4所述的测斜设备，其特征在于，若干个所述测斜仪沿所述导管的纵长方向依次排列，若干所述测斜仪通过电导线并联。

6.如权利要求4或5所述的测斜设备，其特征在于，所述导管内设置有总线缆，每个所述测斜仪通过分线缆并联在所述总线缆上。

7.一种测斜系统，其特征在于，包括云平台或者计算机和与所述云平台或计算机信号连接的如权利要求1至3项中任意一项所述的测斜仪或者如权利要求4至6项中任意一项所述的测斜设备。