CN107941193A - 深孔变形测斜装置及深孔变形测斜方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种深孔变形测斜装置及深孔变形测斜方法，涉及岩土工程中对边坡深部变形监测的技术领域，包括测杆单元、导向轮、计数装置、静态测量装置、动态测量装置、处理装置和读数装置；通过静态测量装置和动态测量装置可以实现测杆单元的静态角度和动态偏转角度的快速测量，而且通过导向轮和计数装置得出测杆单元在钻孔中所在的深度，结合监测角度值，形成深度vs横向变形的曲线，从而可以判断深部钻孔中的变形位置及变形量；缓解了现有技术中存在的测斜装置在测量工作中耗时耗力、工作效率低下、人工成本高的技术问题；提高了测量效率，更加实用。

Description

深孔变形测斜装置及深孔变形测斜方法

技术领域

本发明涉及岩土工程中对边坡深部变形监测技术领域，尤其是涉及一种深孔变形测斜装置及深孔变形测斜方法。

背景技术

岩土工程测试技术不仅在岩土工程建设实践中十分重要，而且在岩土工程理论的形成和发展过程中也起着决定性的作用，岩土工程测试技术是保证岩土工程设计和合理性的重要手段，岩土工程测试技术是大型岩土工程信息化施工的保障，是岩土工程长期安全运行的重要手段，岩土工程中对边坡的倾斜测量是很重要的一环。

现有技术中对于边坡的倾斜测量是通过测量钻孔倾斜测试仪器，测斜装置顺测斜管导槽而下，下放到孔底，以孔底为基准点，从下往上每间距0.5米(或1米)读取一个数字，直至孔口；沿与第一次测量垂直的方向，再次下放测斜仪，从下往上每间距0.5米(或1米)重复前述操作，并利用测量数据绘制两个垂直方向上水平位移与深度的变化曲线，以此确定钻孔内部的变形情况。

但是，现有技术中的测斜装置只能在处于完全静止状态时才能进行读数测量，在实际操作中十分耗费时间和人力，经过多次测量才可以确定钻孔内部的变形情况，造成效率低下，成本增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深孔变形测斜装置及深孔变形测斜方法，以缓解现有技术中存在的测斜装置耗时耗力、工作效率低下、人工成本高的技术问题。

本发明提供的一种深孔变形测斜装置，包括：测杆单元、导向轮、计数装置、静态测量装置、动态测量装置、处理装置和读数装置；

导向轮设置有多个，多个导向轮对称设置于测杆单元的外部两侧，以通过多个导向轮带动测杆单元沿着位于钻孔的测斜管导槽中移动；

计数装置与导向轮连接，并可与导向轮同步转动，以测定导向轮的转动圈数，且计数装置与处理装置电连接，并将导向轮的转动圈数的信息传递至处理装置；

静态测量装置和动态测量装置均设置于测杆单元的内部，并分别与处理装置电连接，静态测量装置用于测量测杆单元初始静止状态的倾斜角度，并将此倾斜角度传递至处理装置，动态测量装置用于测量测杆单元沿着测斜管导槽移动过程中的倾斜角度，并将此倾斜角度信息传递至处理装置，处理装置与读数装置电连接，处理装置用于将上述二者的倾斜角度信息滤波融合后，以向读数装置传递测杆单元的角度信息。

进一步地，计数装置包括计数齿轮、计数器和传感器；

计数齿轮与导向轮传动连接，且计数齿轮与导向轮同步转动，计数齿轮通过传感器与计数器连接，以通过传感器向计数器传递计数齿轮的转动圈数，计数器与处理装置电连接，并将此转动圈数的信息传递至处理装置。

进一步地，静态测量装置设为加速度计，以通过加速度计在重力加速度在多个方向的分量，测定测杆单元初始静止状态的倾斜角度。

进一步地，动态测量装置包括陀螺仪和计算装置；

陀螺仪与计算装置电连接，陀螺仪用于测量测杆单元沿着测斜管导槽移动过程中的角速度，以通过计算装置对角速度的计算，以测定测杆单元沿着测斜管导槽移动过程中的倾斜角度。

进一步地，加速度计和陀螺仪均通过I2C总线与处理装置电连接。

进一步地，处理装置通过观测电缆与读数装置电连接。

进一步地，处理装置包括控制器和计时器；

计时器与控制器电连接，控制器预设有时间周期，计时器用于向控制器传递时间信息，以通过计时器逐步接收静态测量装置和动态测量装置传递的测杆单元的倾斜角度信息。

进一步地，测杆单元的截面形状为圆形

本发明提供的一种深孔变形测斜方法，该方法包括：

步骤100：将要测量的边坡进行钻孔；

步骤200：沿着钻孔放置有测斜管导槽，深孔变形测斜装置伸入至测斜管导槽；

步骤300：手持测杆单元的一端，将外部设置有多个导向轮的测杆单元的沿着测斜管导槽下放至孔底，并以匀速的状态在测斜管导槽中向上提起测杆单元，在提起过程中进行动态测量；

其中，测杆单元内部设置有计数装置、静态测量装置、动态测量装置，以将计数装置测量导向轮沿着测斜管导槽的转动圈数，通过已知导向轮的周长和转动圈数计算得出测杆单元下放的深度；静态测量装置用于测量所述测杆单元初始静止状态的倾斜角度，动态测量装置用于测量所述测杆单元沿着测斜管导槽移动过程中的倾斜角度，并将此二者测量的倾斜角度信息传递至处理装置处，处理装置根据两者的信息经过滤波融合处理后转换成角度值，以快速传递至读数装置读取。

进一步地，滤波融合处理为卡尔曼滤波融合方法。

本发明提供的一种深孔变形测斜装置，包括：测杆单元、导向轮、计数装置、静态测量装置、动态测量装置、处理装置和读数装置；导向轮设置有多个，多个导向轮对称设置于测杆单元的外部两侧，以通过多个导向轮带动测杆单元沿着位于钻孔的测斜管导槽中移动；计数装置与导向轮连接，并可与导向轮同步转动，以测定导向轮的转动圈数，且计数装置与处理装置电连接，并将导向轮的转动圈数的信息传递至处理装置；静态测量装置和动态测量装置均设置于测杆单元的内部，并分别与处理装置电连接，静态测量装置用于测量测杆单元初始静止状态的倾斜角度，并将此倾斜角度传递至处理装置，动态测量装置用于测量测杆单元沿着测斜管导槽移动过程中的倾斜角度，并将此倾斜角度信息传递至处理装置，处理装置与读数装置电连接，处理装置用于将上述二者的倾斜角度信息滤波融合后，以向读数装置传递测杆单元的角度信息；通过静态测量装置和动态测量装置可以实现测杆单元的静态角度和动态偏转角度的快速测量，而且通过导向轮和计数装置得出测杆单元在钻孔中所在的深度，结合监测角度值，形成深度vs横向变形的曲线，从而可以判断深部钻孔中的变形位置及变形量；缓解了现有技术中存在的测斜装置在测量工作中耗时耗力、工作效率低下、人工成本高的技术问题；提高了测量效率，更加实用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的深孔变形测斜装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的深孔变形测斜装置的第一视角结构示意图；

图3为本发明实施例提供的深孔变形测斜装置的剖面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的深孔变形测斜装置的处理装置的结构示意图。

图标：100-测杆单元；200-导向轮；300-计数装置；301-计数齿轮；302-计数器；400-静态测量装置；500-动态测量装置；600-处理装置；601-控制器；602-计时器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本实施例提供的深孔变形测斜装置的整体结构示意图。

图2为本实施例提供的深孔变形测斜装置的第一视角结构示意图；其中，第一视角为沿着导向轮200的正视方向，计数齿轮301与导向轮200同步转动。

图3为本实施例提供的深孔变形测斜装置的剖面结构示意图；其中，静态测量装置400、动态测量装置500和处理装置600均设置于测杆单元100的内部，且静态测量装置400、动态测量装置500分别与处理装置600电连接。

图4为本实施例提供的深孔变形测斜装置的处理装置的结构示意图；其中，控制器601和计时器602。

如图1-4所示，本实施例提供的一种深孔变形测斜装置，包括：测杆单元100、导向轮200、计数装置300、静态测量装置400、动态测量装置500、处理装置600和读数装置；导向轮200设置有多个，多个导向轮200对称设置于测杆单元100的外部两侧，以通过多个导向轮200带动测杆单元100沿着位于钻孔的测斜管导槽中移动；计数装置300与导向轮200连接，并可与导向轮200同步转动，以测定导向轮200的转动圈数，且计数装置300与处理装置600电连接，并将导向轮200的转动圈数的信息传递至处理装置600；静态测量装置400和动态测量装置500均设置于测杆单元100的内部，并分别与处理装置600电连接，静态测量装置400用于测量测杆单元100初始静止状态的倾斜角度，并将此倾斜角度传递至处理装置600，动态测量装置500用于测量测杆单元100沿着测斜管导槽移动过程中的倾斜角度，并将此倾斜角度信息传递至处理装置600，处理装置600与读数装置电连接，处理装置600用于将上述二者的倾斜角度信息滤波融合后，以向读数装置传递测杆单元100的角度信息。

其中，导向轮200的数量可以为两个、四个、六个等，较佳地，导向轮200的数量为四个，四个导向轮200分别位于测杆单元100对称的两侧，且同一侧的两个导向轮200分别沿着测杆单元100的长度方向位于测杆单元100的两端，从而可以更加方便带动测杆单元100沿着测斜管导槽中移动。

读数装置可以为多种，例如：显示屏、读数仪、计量仪等，较佳地，读数装置为读数仪，以通过读数仪显示测杆单元100位于测斜管导槽的倾斜角度以及此时的深度。

测杆单元100的截面形状可以为多种，例如：矩形、圆形、椭圆形等，较佳地，测杆单元100的截面形状为圆形。

进一步地，处理装置600包括控制器601和计时器602；计时器602与控制器601电连接，控制器601预设有时间周期，计时器602用于向控制器601传递时间信息，以通过计时器602逐步接收静态测量装置400和动态测量装置500传递的测杆单元100的倾斜角度信息。

其中，控制器601可以为多种，例如：微型计算机、微控制单元或者PLC控制器601等，较佳地，控制器601设置为微控制单元。

微控制单元(Microcontroller Unit；MCU),又称单片微型计算机或者单片机，是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。

另外，还包括PCB线路板；控制器601和计时器602均设置于PCB线路板上；PCB线路板设置有电源接口，电源接口与MCU装置电连接。

其中，PCB线路板是英文的简称Printed Circuit Board的简称，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体；由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

控制器601预设的时间周期可以根据不同钻孔的深度设为不同的时间周期，从而使得控制器601可以对于静态测量装置400和动态测量装置500的数据根据周期采集，使得整个采集信息更加完整。

进一步地，处理装置600通过观测电缆与读数装置电连接；观测电缆用于连接测试仪器和被测器件的一种电缆，主要用于连接射频微波测试仪器与被测器件产品的电缆。

具体过程，测杆单元100通过线缆与读数装置相连，利用高强度线缆支撑测杆单元100重力，在钻孔中逐步下放。

本实施例提供的一种深孔变形测斜装置，包括：测杆单元100、导向轮200、计数装置300、静态测量装置400、动态测量装置500、处理装置600和读数装置；导向轮200设置有多个，多个导向轮200对称设置于测杆单元100的外部两侧，以通过多个导向轮200带动测杆单元100沿着位于钻孔的测斜管导槽中移动；计数装置300与导向轮200连接，并可与导向轮200同步转动，以测定导向轮200的转动圈数，且计数装置300与处理装置600电连接，并将导向轮200的转动圈数的信息传递至处理装置600；静态测量装置400和动态测量装置500均设置于测杆单元100的内部，并分别与处理装置600电连接，静态测量装置400用于测量测杆单元100初始静止状态的倾斜角度，并将此倾斜角度传递至处理装置600，动态测量装置500用于测量测杆单元100沿着测斜管导槽移动过程中的倾斜角度，并将此倾斜角度信息传递至处理装置600，处理装置600与读数装置电连接，处理装置600用于将上述二者的倾斜角度信息滤波融合后，以向读数装置传递测杆单元100的角度信息；通过静态测量装置400和动态测量装置500可以实现测杆单元100的静态角度和动态移动角度，实现了快速测量，而且通过导向轮200和计数装置300得出测杆单元100在钻孔中所在的深度，结合监测角度值，形成深度vs横向变形的曲线，从而可以判断深部钻孔中的变形位置及变形量；缓解了现有技术中存在的测斜装置耗时耗力、造成造成效率低下，成本增加的技术问题；提高了测量效率，更加实用。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供的深孔变形测斜装置的计数装置300包括计数齿轮301、计数器302和传感器；计数齿轮301与导向轮200传动连接，且计数齿轮301与导向轮200同步转动，计数齿轮301通过传感器与计数器302连接，以通过传感器向计数器302传递计数齿轮301的转动圈数，计数器302与处理装置600电连接，并将此转动圈数的信息传递至处理装置600。

其中，当计数齿轮301随着导向轮200转动一圈时，传感器向计数器302传递信息，从而可以根据导向轮200的周长以及记录的圈数，从而计算出测杆单元100此时在钻孔内的深度。

另外，静态测量装置400可以为多种，例如：角度传感器、角度仪、加速度计等，较佳地，静态测量装置400为加速度计。

进一步地，静态测量装置400设为加速度计，以通过加速度计在重力加速度在多个方向的分量，测定测杆单元100初始静止状态的倾斜角度。

另外，动态测量装置500可以为多种，例如：陀螺仪、霍尔传感器、角度传感器等，较佳地，动态测量装置500包括陀螺仪。

进一步地，动态测量装置500包括陀螺仪和计算装置；陀螺仪与计算装置电连接，陀螺仪用于测量测杆单元100沿着测斜管导槽移动过程中的角速度，以通过计算装置对角速度的计算，以测定测杆单元100沿着测斜管导槽移动过程中的倾斜角度。

进一步地，加速度计和陀螺仪均通过I2C总线与处理装置600电连接。

I2C总线为双向二线制同步串行总线，I2C总线只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。

本实施例提供的深孔变形测斜装置，通过计数齿轮301和计数器302可以记录导向轮200的转动的圈数，另外，通过静态测量装置400选用加速度计，可以测量测杆单元100初始静止状态的倾斜角度，再通过动态测量装置500选用陀螺仪，通过陀螺仪的具体结构而可以时时得出测定测杆单元100沿着测斜管导槽移动过程中的倾斜角度，最后通过处理装置600结合二者的倾斜角度而得出角度值，最后通过深度与角度的结合从而形成深度vs横向变形的曲线，用于判断深部钻孔中的变形位置及变形量，提高了测量的效率，使得设计更加合理，更加实用。

本实施例提供的一种深孔变形测斜方法，该方法包括：

步骤100：将要测量的边坡进行钻孔；

步骤200：沿着钻孔放置有测斜管导槽，深孔变形测斜装置伸入至测斜管导槽；

步骤300：手持测杆单元100的一端，将外部设置有多个导向轮200的测杆单元100的沿着测斜管导槽下放至孔底，并以匀速的状态在测斜管导槽中向上提起测杆单元100，在提起过程中进行动态测量；

其中，测杆单元100内部设置有计数装置300、静态测量装置400、动态测量装置500，以将计数装置300测量导向轮200沿着测斜管导槽的转动圈数，通过已知导向轮200的周长和转动圈数计算得出测杆单元100下放的深度；静态测量装置400用于测量所述测杆单元100初始静止状态的倾斜角度，动态测量装置500用于测量所述测杆单元100沿着测斜管导槽移动过程中的倾斜角度，并将此二者测量的倾斜角度信息传递至处理装置600处，处理装置600根据两者的信息经过滤波融合处理后转换成角度值，以传递至读数装置读取。

其中，测杆单元100是通过线缆沿着测斜管导槽由工作人员以近似匀速的速度提起。

进一步地，滤波融合处理为卡尔曼滤波融合方法。

其中，卡尔曼滤波(Kalman filtering)一种利用线性系统状态方程，通过系统输入输出观测数据，对系统状态进行最优估计的算法。

本实施例提供的深孔变形测斜方法，实现了边坡深部变形监测的快速测量，通过手持测杆单元100的一端，可以逐步测量钻孔中的变形位置和变形量，缓解了现有技术中存在的测斜装置耗时耗力、造成造成效率低下，成本增加的技术问题；提高了测量效率，更加实用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种深孔变形测斜装置，其特征在于，包括：测杆单元、导向轮、计数装置、静态测量装置、动态测量装置、处理装置和读数装置；

所述导向轮设置有多个，多个所述导向轮对称设置于所述测杆单元的外部两侧，以通过多个所述导向轮带动所述测杆单元沿着位于钻孔的测斜管导槽中移动；

所述计数装置与所述导向轮连接，并可与所述导向轮同步转动，以测定所述导向轮的转动圈数，且所述计数装置与所述处理装置电连接，并将所述导向轮的转动圈数的信息传递至所述处理装置；

所述静态测量装置和所述动态测量装置均设置于所述测杆单元的内部，并分别与所述处理装置电连接，所述静态测量装置用于测量所述测杆单元初始静止状态的倾斜角度，并将此倾斜角度传递至所述处理装置，所述动态测量装置用于测量所述测杆单元沿着测斜管导槽移动过程中的倾斜角度，并将此倾斜角度信息传递至处理装置，所述处理装置与所述读数装置电连接，所述处理装置用于将二者的倾斜角度信息滤波融合后，以向所述读数装置传递所述测杆单元的角度信息。

2.根据权利要求1所述的深孔变形测斜装置，其特征在于，所述计数装置包括计数齿轮、计数器和传感器；

所述计数齿轮与所述导向轮传动连接，且所述计数齿轮与所述导向轮同步转动，所述计数齿轮通过所述传感器与所述计数器连接，以通过所述传感器向所述计数器传递所述计数齿轮的转动圈数，所述计数器与所述处理装置电连接，并将此转动圈数的信息传递至所述处理装置。

3.根据权利要求1所述的深孔变形测斜装置，其特征在于，所述静态测量装置设为加速度计，以通过所述加速度计在重力加速度在多个方向的分量，测定所述测杆单元初始静止状态的倾斜角度。

4.根据权利要求3所述的深孔变形测斜装置，其特征在于，所述动态测量装置包括陀螺仪和计算装置；

所述陀螺仪与所述计算装置电连接，所述陀螺仪用于测量所述测杆单元沿着测斜管导槽移动过程中的角速度，以通过所述计算装置对角速度的计算，以测定所述测杆单元沿着测斜管导槽移动过程中的倾斜角度。

5.根据权利要求4所述的深孔变形测斜装置，其特征在于，所述加速度计和所述陀螺仪均通过I2C总线与所述处理装置电连接。

6.根据权利要求1所述的深孔变形测斜装置，其特征在于，所述处理装置通过观测电缆与所述读数装置电连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的深孔变形测斜装置，其特征在于，所述处理装置包括控制器和计时器；

所述计时器与所述控制器电连接，所述控制器预设有时间周期，所述计时器用于向所述控制器传递时间信息，以通过所述计时器逐步接收所述静态测量装置和所述动态测量装置传递的所述测杆单元的倾斜角度信息。

8.根据权利要求1所述的深孔变形测斜装置，其特征在于，所述测杆单元的截面形状为圆形。

9.一种深孔变形测斜方法，其特征在于，该方法包括：

步骤100：将要测量的边坡进行钻孔；

步骤200：沿着钻孔放置有测斜管导槽，深孔变形测斜装置伸入至测斜管导槽；

步骤300：手持测杆单元的一端，将外部设置有多个导向轮的测杆单元的沿着测斜管导槽下放至孔底，并以匀速的状态在测斜管导槽中向上提起测杆单元，在提起过程中进行动态测量；

其中，测杆单元内部设置有计数装置、静态测量装置、动态测量装置，以将计数装置测量导向轮沿着测斜管导槽的转动圈数，通过已知导向轮的周长和转动圈数计算得出测杆单元下放的深度；静态测量装置用于测量所述测杆单元初始静止状态的倾斜角度，动态测量装置用于测量所述测杆单元沿着测斜管导槽移动过程中的倾斜角度，并将此二者测量的倾斜角度信息传递至处理装置处，处理装置根据两者的信息经过滤波融合处理后转换成角度值，以快速传递至读数装置读取。

10.根据权利要求9所述的深孔变形测斜方法，其特征在于，所述滤波融合处理为卡尔曼滤波融合方法。