CN108132046A - 一种阵列式高精度自动化倾斜监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阵列式高精度自动化倾斜监测装置，包括阵列双轴倾角传感器、壳体、通讯模组、存储单元、数据采集处理模块、控制电路模块、电源管理模块和数据交换接口。有益效果在于：采用成熟双向通讯模组实现监测自动化，基于双向通讯技术达到前端后台‑前端联动的监测模式；采用高精度双轴倾角传感器，构成直形或“L形”阵列，适用于建构筑物倾斜监测的不同需求，实现同期数据多次重复采集，基于格拉布斯准则对观测数据序列进行平差处理，极大提升了观测数据的可靠性；采用低功耗设计思路，降低设备正常工作对电量的需求；预留多供电接口，支持锂电、蓄电池以及太阳能多种供电方式。

Description

一种阵列式高精度自动化倾斜监测装置

技术领域

本发明涉及仪器仪表技术领域，具体涉及一种阵列式高精度自动化倾斜监测装置。

背景技术

现有建筑、市政、水利等领域内的变形体的倾角变形监测大多数仍然采用全站仪、经纬仪测小角、水准仪测差异沉降等传统大地测量法进行观测，上述手段存在人为影响因素多，观测精度及可靠性难以保证，观测效率低下，难以实现实时、连续、长期监测等不足。目前基于传感手段的监测手段逐步得到应用，但仍存在单一传感器单次观测得出的观测成果传感精度低、可靠性差、无线传输稳定性差、不支持双向通讯等显著不足。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种阵列式高精度自动化倾斜监测装置。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种阵列式高精度自动化倾斜监测装置，包括阵列双轴倾角传感器、壳体、通讯模组、存储单元、数据采集处理模块、控制电路模块、电源管理模块和数据交换接口；

所述阵列双轴倾角传感器、通讯模组、存储单元、数据采集处理模块、控制电路模块和电源管理模块均设置在所述壳体内；

所述电源管理模块与所述阵列双轴倾角传感器、通讯模组、存储单元、数据采集处理模块和控制电路模块均电连接；

所述控制电路模块与所述通讯模组、存储单元、阵列双轴倾角传感器、数据采集处理模块和数据交换接口均电连接；

所述阵列双轴倾角传感器用于感受信号，并把信号传递给所述数据采集处理模块；

所述数据交换接口与所述通信模块相连接。

作为优选的，所述阵列双轴倾角传感器的倾角传感器排列方式为直形。

作为优选的，所述阵列双轴倾角传感器的倾角传感器排列方式为“L”形。

作为优选的，所述通讯模组为无线通信模块。

作为优选的，所述无线通信模块包括GSM和GPRS无线数据通讯模组。

作为优选的，所述数据交换接口包括天线接口和电源接口；所述电源接口与所述电源管理模块连接；所述天线接口与所述通讯模组连接。

作为优选的，所述电源管理模块包括电池，所述电池为低功率的蓄电池或者锂电池或者太阳能电池。

作为优选的，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体与下壳体之间设置有密封圈，且所述上壳体可拆卸安装在所述下壳体上。

有益效果在于：

本发明采用成熟双向通讯模组实现监测自动化，基于双向通讯技术达到前端后台-前端联动的监测模式；

本发明采用高精度双轴倾角传感器，构成直形或“L形”阵列，适用于建构筑物倾斜监测的不同需求，实现同期数据多次重复采集，基于格拉布斯准则对观测数据序列进行平差处理，极大提升了观测数据的可靠性；

本发明采用低功耗设计思路，降低设备正常工作对电量的需求；预留多供电接口，支持锂电、蓄电池以及太阳能多种供电方式，极大地满足野外不同的供电条件。

本发明通过上壳体与下壳体可拆卸连接，且上壳体和下壳体之间设置有密封圈，安装方便快捷，同时考虑了野外防护等级的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明所述的阵列式高精度自动化倾斜监测装置的阵列传感器直形的排列示意图；

图2是本发明所述的阵列式高精度自动化倾斜监测装置的阵列传感器L形的排列示意图；

图3是本发明所述的阵列式高精度自动化倾斜监测装置的原理结构图。

附图标记说明如下：

1、壳体；2、阵列双轴倾角传感器；3、电源管理单元；4、采集处理单元；5、存储单元；6、通讯模组；7、天线接口；8、电源接口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

参见图1一图3所示，本发明提供的一种阵列式高精度自动化倾斜监测装置，包括阵列双轴倾角传感器2、壳体1、通讯模组6、存储单元5、数据采集处理模块、控制电路模块、电源管理模块和数据交换接口；

所述阵列双轴倾角传感器2、通讯模组6、存储单元5、数据采集处理模块、控制电路模块和电源管理模块均设置在所述壳体1内；

所述电源管理模块与所述阵列双轴倾角传感器2、通讯模组6、存储单元5、数据采集处理模块和控制电路模块均电连接；

所述控制电路模块与所述通讯模组6、存储单元5、阵列双轴倾角传感器2、数据采集处理模块和数据交换接口均电连接；

所述阵列双轴倾角传感器用于感受信号，并把信号传递给所述数据采集处理模块；

所述数据交换接口与所述通信模块相连接。

作为优选的，所述阵列双轴倾角传感器2的倾角传感器排列方式为直形。

作为优选的，所述阵列双轴倾角传感器2的倾角传感器排列方式为“L”形。

作为优选的，所述通讯模组6为无线通信模块。

作为优选的，所述无线通信模块包括GSM和GPRS无线数据通讯模组6。

作为优选的，所述数据交换接口包括天线接口7和电源接口8；所述电源接口8与所述电源管理模块连接；所述天线接口7与所述通讯模组6连接。

作为优选的，所述电源管理模块包括电池，所述电池为低功率的蓄电池或者锂电池或者太阳能电池。

作为优选的，所述壳体1包括上壳体1和下壳体1，所述上壳体1与下壳体1之间设置有密封圈，且所述上壳体1可拆卸安装在所述下壳体1上。

应用上述结构如下：

本发明基于双轴倾角MEMS传感器原理以及测量误差数据处理理论，通过对变形体的倾角元素进行观测，每个倾角传感器单次观测3·i(i＝1，2···n)次倾角数据，形成3·i×3·i或3·i×5·i的观测阵列(依据变形观测实际需要选取合理的i值)，装置内由数据处理芯片进行数据处理，实现粗差剔除及平差处理，得到可靠的平差值。设备选用成熟可靠无线数据通讯模组6，采用GSM和GPRS双向通讯方式，实现观测数据远程传输，同时接收远程控制指令，执行相应的远程控制操作。该发明有别于目前常见的倾角传感器观测装置，具有观测样本大，观测数据稳定，精度高，自动化程度高、互动性强等特性，为工民建、市政、水利等领域倾斜监测与质量检测提供新的手段。

本发明数据处理模块采用格拉布斯准则对原始观测量进行粗差剔除，剔除粗差后的数据序列取其平均值，返回一个平差后观测量。某测量值xi对应的残差Vi满足下式|Vi|＝|xi-x|＞＝g(n，a)×σ(X)时应将该数据合去。式中，为n次采集到的AD值的平均值＝(∑xi)/n；σ(X)为测量数据组的标准差，由贝塞尔函数可得：σ(X)＝[(∑Vi2)/(n-1)]1/2；g(n，a)是取决于测量次数n和显著性水平a，a通常取0.01或0.05。

主控电路板布局采用半定制式设计方法，即在已有功能单元的基础上进行电路的优化集成，顾忌到传感器所采集的数据应具有普遍代表性，所以传感单元应沿设备主轴线布局。布线采用基于联系结度的分割法进行，遵循布线总长度最短、布线的均匀与拥挤程度适宜、布线密度最小、布线在水平和垂直方向的切割线数最少、布线导致的生产成本较低等原则。主控电路板包括传感单元、采集单元、数据处理单元、通讯模组6、电源管理单元3、存储单元5。

本发明遵循模拟电路低功耗设计“三相宜”原则，即电源宜低不宜高，时钟宜慢不宜快，系统(器件)宜静不宜动，选取支持空闲模式和掉电模式的微处理器、在满足性能要求的前提下选用与单片机工作电源相匹配的低源外围器件，电源管理采用多分支管理模块，使得各功能模块的供电相对独立，实现分区分时供电。

本发明专利机构设计主要兼顾野外防护、安装便捷等因素，设备外壳采用一体上下合盖式模具，合盖处采用附加防水密封圈工艺，外置接口采用防水航空插头、设备安装构件采用背部卡扣形式，达到安装便捷、不易受损的目的。

有益效果在于：

本发明采用成熟双向通讯模组6实现监测自动化，基于双向通讯技术达到前端后台-前端联动的监测模式；

本发明采用高精度双轴倾角传感器，构成直形或“L形”阵列，适用于建构筑物倾斜监测的不同需求，实现同期数据多次重复采集，基于格拉布斯准则对观测数据序列进行平差处理，极大提升了观测数据的可靠性；

本发明采用低功耗设计思路，降低设备正常工作对电量的需求；预留多供电接口，支持锂电、蓄电池以及太阳能多种供电方式，极大地满足野外不同的供电条件。

本发明通过上壳体1与下壳体1可拆卸连接，且上壳体1和下壳体1之间设置有密封圈，安装方便快捷，同时考虑了野外防护等级的要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种阵列式高精度自动化倾斜监测装置，其特征在于：包括阵列双轴倾角传感器、壳体、通讯模组、存储单元、数据采集处理模块、控制电路模块、电源管理模块和数据交换接口；

所述阵列双轴倾角传感器、通讯模组、存储单元、数据采集处理模块、控制电路模块和电源管理模块均设置在所述壳体内；

所述电源管理模块与所述阵列双轴倾角传感器、通讯模组、存储单元、数据采集处理模块和控制电路模块均电连接；

所述控制电路模块与所述通讯模组、存储单元、阵列双轴倾角传感器、数据采集处理模块和数据交换接口均电连接；

所述阵列双轴倾角传感器用于感受信号，并把信号传递给所述数据采集处理模块；

所述数据交换接口与所述通信模块相连接。

2.根据权利要求1所述的阵列式高精度自动化倾斜监测装置，其特征在于：所述阵列双轴倾角传感器的倾角传感器排列方式为直形。

3.根据权利要求1所述的阵列式高精度自动化倾斜监测装置，其特征在于：所述阵列双轴倾角传感器的倾角传感器排列方式为“L”形。

4.根据权利要求1所述的阵列式高精度自动化倾斜监测装置，其特征在于：所述通讯模组为无线通信模块。

5.根据权利要求4所述的阵列式高精度自动化倾斜监测装置，其特征在于：所述无线通信模块包括GSM和GPRS无线数据通讯模组。

6.根据权利要求1所述的阵列式高精度自动化倾斜监测装置，其特征在于：所述数据交换接口包括天线接口和电源接口；所述电源接口与所述电源管理模块连接；所述天线接口与所述通讯模组连接。

7.根据权利要求1所述的阵列式高精度自动化倾斜监测装置，其特征在于：所述电源管理模块包括电池，所述电池为低功率的蓄电池或者锂电池或者太阳能电池。

8.根据权利要求1所述的阵列式高精度自动化倾斜监测装置，其特征在于：所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体与下壳体之间设置有密封圈，且所述上壳体可拆卸安装在所述下壳体上。