CN109540100A - 一种岩土工程用便携式多轴测斜仪及测斜方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩土工程用便携式多轴测斜仪及测斜方法，包括测斜仪本体和与测斜仪本体通信连接的控制面板；测斜仪本体外沿两侧设有若干个计程轮，测斜仪内部安装测量模块和与测量模块信号连接的信号处理模块；测量模块的侧壁设置传感器安装板；位于传感器安装板上嵌入互为垂直的第一双轴倾斜传感器和第二双轴倾斜传感器；控制面板顶部设有用于数据线接入的插口，控制面板上嵌设显示屏和若干个按键；控制面板内集成有第二MCU；第二MCU分别与信号处理单元、专家知识库和通讯模块连接；通讯模块依次与云端服务器和客户端信号连接。本发明可有效地解决现有倾斜仪实时性差、效率低、精度低、检测费时费力，不能满足实际需求的问题。

Description

一种岩土工程用便携式多轴测斜仪及测斜方法

技术领域

本发明属于岩土勘测的技术领域，具体涉及一种岩土工程用便携式多轴测斜仪及测斜方法。

背景技术

岩土工程需要在岩体或者土体中建造大型地下或地表结构物，该结构物在地应力及重力联合作用下，随着时间的发展均为产生沉降并导致倾斜。而倾斜发展到一定程度就会对结构物的安全构成威胁，严重时刻导致结构垮塌。

而目前国内外用于测量地下及地表结构倾斜的方法和装置较多，但是仪器的安装和测试复杂，成本高昂，不利于过程现场结构物倾斜信息的及时获取，且现有倾斜仪实时性差、效率低、精度低、检测费时费力，不能满足实际需求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种岩土工程用便携式多轴测斜仪及测斜方法，以解决现有倾斜仪实时性差、效率低、精度低、检测费时费力，不能满足实际需求的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种岩土工程用便携式多轴测斜仪及测斜方法，其包括测斜仪本体和与测斜仪本体通信连接的控制面板；

测斜仪本体外沿两侧设有若干个计程轮，测斜仪内部安装测量模块和与测量模块信号连接的信号处理模块；测量模块的侧壁设置传感器安装板；位于传感器安装板上嵌入互为垂直的第一双轴倾斜传感器和第二双轴倾斜传感器；

第一双轴倾斜传感器和第二双轴倾斜传感器通过数据线与信号处理模块内的通道切换电路电连接；通道切换电路依次与调理电路、隔离放大电路、滤波电路和第一MCU电连接；第一MCU分别与计程轮和数据线电连接；通道切换电路包括四个并联设置的ADG408模拟多路复用芯片，每个ADG408模拟多路复用芯片的4、5、6、7、12引脚与传感器信号连接，其8引脚与调理集成电路的输入端连接；隔离放大电路内置有IC2 3656集成芯片，其输出端与滤波电路输入端连接；

控制面板顶部设有用于数据线接入的插口，控制面板上嵌设显示屏和若干个按键；控制面板内集成有第二MCU；第二MCU分别与信号处理单元、专家知识库和通讯模块连接；通讯模块依次与云端服务器和客户端信号连接。

优选地，测斜仪本体顶部设置用于固定数据线的插座。

优选地，第二MCU分别与显示屏和若干个按键电连接。

优选地，通讯模块包括4G模块、蓝牙模块和INTERNET网络。

优选地，第一双轴倾斜传感器和第而双轴倾斜传感器均为BWS5700双轴倾斜传感器。

一种岩土工程用便携式多轴测斜仪的测斜方法，包括：

S1、将测斜仪本体设置于岩土待测点位，开启计程轮，使测斜仪本体从岩土待测点位开始运动；

S2、构建空间直角坐标系，以第一双轴倾斜传感器和第二双轴倾斜传感器所在面为X-Y平面，垂直X-Y平面为Z平面；

S3、第一双轴倾斜传感器采集岩土待测点位的第一横滚角和第一俯仰角，第二双轴倾斜传感器采集岩土待测点位的第二横滚角和第二俯仰角；

S4、将接收到稳定后的若干个第一横滚角与第二横滚角进行比较，剔除误差大于阈值的第一横滚角和第二横滚角，将所剩的第一横滚角和第二横滚角求均值，得到若干岩土待测点位的横滚角数据；

S5、将接收到稳定后的若干个第一俯仰角与第二俯仰角进行比较，剔除误差大于阈值的第一俯仰角和第二俯仰角；将所剩的第一俯仰角和第二俯仰角求均值，得到若干岩土待测点位的俯仰角数据；

S6、将离散的若干横滚角数据和俯仰角数据分别与待测点位正常数据值进行非线性最小二乘拟合，得到当前横滚角数据和俯仰角数据与正常数据值的拟合曲线图；

S7、根据所述拟合曲线图，提取横滚角数据和俯仰角数据与正常数据值的误差值数据，得到横滚角误差值和俯仰角误差值；

S8、将横滚角误差值和俯仰角误差值与专家知识库给出的参考误差进行比较，若横滚角误差值和俯仰角误差值中任意一误差值大于参考值误差值，则向客户端和控制面板发送报警信息。

本发明提供的岩土工程用便携式多轴测斜仪及测斜方法，具有以下有益效果：

本发明通过计程轮带动测斜仪本体运动，并采用两个互为垂直的双轴倾斜传感器采集岩土待测点位的倾斜信息，进而增加采集点位信息的精确度；并剔除误差较大的俯仰角和横滚角数据，并对剩余的数据求均值，再将均值俯仰角和横滚角数据与正常值进行非线性最小二乘拟合，得到更加直观的拟合曲线图；提取与正常值相比的横滚角误差值和俯仰角误差值，并根据专家知识库给出的参考误差，将查过阈值的参考点位信息发送至客户端。本发明能够及时获取岩土点位的倾斜信息，实时性强，效率高，并能将检测结果形成报警信息上传，更加智能化，能够满足现场施工的实际需求。

采集数据精度高，第一俯仰角、第二俯仰角、第一横滚角和第二横滚角数据分别通入通道切换电路，可避免信号之间相互干扰，降低多路信号源的输出阻抗，提高检测精度；信号进入调理电路，用于接收多路信号，并将信号转换为电压信号输出；信号进入信号隔离放大电路中，进行信号的隔离、放大，避免多路信号之间的相互干扰，随之进行滤波。

附图说明

图1为岩土工程用便携式多轴测斜仪的结构图。

图2为岩土工程用便携式多轴测斜仪传感器安装板的侧视图。

图3为岩土工程用便携式多轴测斜仪信号处理单元电路原理框图。

图4为岩土工程用便携式多轴测斜仪控制面板原理框图。

图5为岩土工程用便携式多轴测斜仪及测斜方法通道切换电路。

图6为岩土工程用便携式多轴测斜仪及测斜方法调理电路。

图7为岩土工程用便携式多轴测斜仪及测斜方法隔离放大电路。

图8为岩土工程用便携式多轴测斜仪及测斜方法的拟合曲线图。

其中，1、测斜仪本体；2、信号处理模块；3、计程轮；4、测量模块；5、电源模块；6、插座；7、数据线；8、插口；9、显示屏；10、控制面板；11、按键；12、传感器安装板；13、第一双轴倾斜传感器；14、第二双轴倾斜传感器。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的岩土工程用便携式多轴测斜仪及测斜方法，包括测斜仪本体1和与测斜仪本体1通信连接的控制面板10，测斜仪本体1与控制面板10通过数据线7连接。

测斜仪本体1外沿两侧设有若干个计程轮3，计程轮3与第一MCU连接，计程轮3内设有旋转编码器，可用于检测其行走的位移和速度。

测斜仪本体1顶部设置用于固定数据线7的插座6。

测斜仪内部安装测量模块4和与测量模块4信号连接的信号处理模块2。

参考图2，传感器安装板12固定于测量模块4的侧壁，位于传感器安装板12上嵌入互为垂直的第一双轴倾斜传感器13和第二双轴倾斜传感器14。

第一双轴倾斜传感器13和第而双轴倾斜传感器均为BWS5700双轴倾斜传感器，以第一双轴倾斜传感器13和第二双轴倾斜传感器14所在面为X-Y平面，垂直X-Y平面为Z平面。其中，第一双轴倾斜传感器13采集岩土待测点位的第一横滚角和第一俯仰角，第二双轴倾斜传感器14采集岩土待测点位的第二横滚角和第二俯仰角。通过两个互成90°的双轴倾斜传感器进行数据采集，可降低数据采集的误差，且能够多角度的采集倾斜信息。

参考图3，第一双轴倾斜传感器13和第二双轴倾斜传感器14通过数据线7与信号处理模块2内的通道切换电路电连接。

通道切换电路依次与调理电路、隔离放大电路、滤波电路和第一MCU电连接；第一MCU分别与计程轮3和数据线7电连接；通道切换电路包括四个并联设置的ADG408模拟多路复用芯片，每个ADG408模拟多路复用芯片的4、5、6、7、12引脚与传感器信号连接，其8引脚与调理集成电路的输入端连接；隔离放大电路内置有IC2 3656集成芯片，其输出端与滤波电路输入端连接。

参考图5，第一横滚角、第一俯仰角、第二横滚角和第二俯仰角分别进入通道切换电路中，通道切换电路包括四个并联设置的ADG408模拟多路复用芯片，每个ADG408模拟多路复用芯片的4、5、6、7、12引脚与传感器1信号连接，其8引脚为信号输出端。四个并联设置的ADG408模拟多路复用芯片实现四路信号的切换传输，避免信号之间的干扰，且可降低信号源中的输出阻抗，提高信号传输精度。

参考图6，四路信号进入调理电路中，其内置有IB31芯片，该电路把测量信号变换为0-10V的电压输出。9、10管脚分别为桥激励基准输人输出，加上电源后，内部基准电压预置为10V，桥激励输出调节0管脚连接到4脚时，增大桥激励输出电压(9管脚)，若减小桥激励电压输出则在0、10管脚之间接入电阻。3管脚不连接时，3管脚输出电压为10V作为测量电桥的驱动电压。桥测量电桥输出信号送如1、2管脚内部的放大器进行信号的放大。放大器增益由3、4管脚之间的电阻决定。调节RP2，即凋节放大器的增益。调节输出漂移(例如，传感器信号输入为零时，使输出电压为零)，RP3调节输出电压的摆动范围。IB31可方便地并联多个传感器信号而进行多点传输，并将接收到的信号放大，转换为电压信号输出。

参考图7，四路信号进入信号隔离放大电路，信号隔离放大电路内置有IC23656集成芯片，用于实现四路信号的隔离、放大，并将其传送至滤波电路中。

滤波电路包括低通滤波器，用于对四路信号进行低通滤波。

参考图4，控制面板10顶部设有用于数据线7接入的插口8，控制面板10上嵌设显示屏9和若干个按键11，显示屏9用于信息显示，按键11用于信号输入。

控制面板10内集成有第二MCU，第二MCU分别与信号处理单元、专家知识库和通讯模块连接；通讯模块依次与云端服务器和客户端信号连接。

第二MCU分别与显示屏9和若干个按键11电连接。

通讯模块包括4G模块、蓝牙模块和INTERNET网络。其中，4G模块和INTERNET网络用于实现与运单服务器的通讯。蓝牙模块实现与现场操作人员客户端进行实时通讯。

客户端需要进行实名制注册，并进行身份验证，可实时查询和接收当前岩土检测点位的倾斜信息。

专家知识库可用于提供岩土待测点位的历史倾斜数据和正常数据，并给出正常范围内的倾斜数据值。

根据本申请的一个实施例，一种岩土工程用便携式多轴测斜仪的测斜方法，包括：

S1、将测斜仪本体1设置于岩土待测点位，开启计程轮3，使测斜仪本体1从岩土待测点位开始运动；在计程轮3运动的同时，拆分成若干个采集点位，通过双轴倾斜传感器采集每个点位的倾斜数据；

S2、构建空间直角坐标系，以第一双轴倾斜传感器13和第二双轴倾斜传感器14所在面为X-Y平面，垂直X-Y平面为Z平面；采集每个点位的多个倾斜数据，减少数据采集的误差，提高检测精度；

S3、第一双轴倾斜传感器13采集岩土待测点位的第一横滚角和第一俯仰角，第二双轴倾斜传感器14采集岩土待测点位的第二横滚角和第二俯仰角；

S4、将接收到稳定后的若干个第一横滚角与第二横滚角进行比较，剔除误差大于阈值的第一横滚角和第二横滚角，将所剩的第一横滚角和第二横滚角求均值，得到若干岩土待测点位的横滚角数据；

S5、将接收到稳定后的若干个第一俯仰角与第二俯仰角进行比较，剔除误差大于阈值的第一俯仰角和第二俯仰角；将所剩的第一俯仰角和第二俯仰角求均值，得到若干岩土待测点位的俯仰角数据；

S6、将离散的若干横滚角数据和俯仰角数据分别与待测点位正常数据值进行非线性最小二乘拟合，得到当前横滚角数据和俯仰角数据与正常数据值的拟合曲线图；

S7、根据所述拟合曲线图，提取横滚角数据和俯仰角数据与正常数据值的误差值数据，得到横滚角误差值和俯仰角误差值；

S8、将横滚角误差值和俯仰角误差值与专家知识库给出的参考误差进行比较，若横滚角误差值和俯仰角误差值中任意一误差值大于参考值误差值，则向客户端和控制面板10发送报警信息。

参考图8，待测点位采集均值可以为横滚角数据均值或俯仰角数据均值，定义当待测点位采集均值位于正常值上方时，此时的倾斜值为正；当待测点位采集均值位于正常值下方时，此时的倾斜值为负。

本发明通过计程轮3带动测斜仪本体1运动，并采用两个互为垂直的双轴倾斜传感器采集岩土待测点位的倾斜信息，进而增加采集点位信息的精确度；并剔除误差较大的俯仰角和横滚角数据，并对剩余的数据求均值，再将均值俯仰角和横滚角数据与正常值进行非线性最小二乘拟合，得到更加直观的拟合曲线图；提取与正常值相比的横滚角误差值和俯仰角误差值，并根据专家知识库给出的参考误差，将查过阈值的参考点位信息发送至客户端。本发明能够及时获取岩土点位的倾斜信息，实时性强，效率高，并能将检测结果形成报警信息上传，更加智能化，能够满足现场施工的实际需求。

采集数据精度高，第一俯仰角、第二俯仰角、第一横滚角和第二横滚角数据分别通入通道切换电路，可避免信号之间相互干扰，降低多路信号源的输出阻抗，提高检测精度；信号进入调理电路，用于接收多路信号，并将信号转换为电压信号输出；信号进入信号隔离放大电路中，进行信号的隔离、放大，避免多路信号之间的相互干扰，随之进行滤波。

本发明可有效地解决现有倾斜仪实时性差、效率低、精度低、检测费时费力，不能满足实际需求的问题。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种岩土工程用便携式多轴测斜仪，其特征在于：包括测斜仪本体和与测斜仪本体通信连接的控制面板；

所述测斜仪本体外沿两侧设有若干个计程轮，测斜仪内部安装测量模块和与测量模块信号连接的信号处理模块；所述测量模块的侧壁设置传感器安装板；位于所述传感器安装板上嵌入互为垂直的第一双轴倾斜传感器和第二双轴倾斜传感器；

所述第一双轴倾斜传感器和第二双轴倾斜传感器通过数据线与信号处理模块内的通道切换电路电连接；所述通道切换电路依次与调理电路、隔离放大电路、滤波电路和第一MCU电连接；所述第一MCU分别与计程轮和数据线电连接；所述通道切换电路包括四个并联设置的ADG408模拟多路复用芯片，每个ADG408模拟多路复用芯片的4、5、6、7、12引脚与传感器信号连接，其8引脚与调理集成电路的输入端连接；所述隔离放大电路内置有IC2 3656集成芯片，其输出端与滤波电路输入端连接；

所述控制面板顶部设有用于数据线接入的插口，控制面板上嵌设显示屏和若干个按键；所述控制面板内集成有第二MCU；所述第二MCU分别与信号处理单元、专家知识库和通讯模块连接；所述通讯模块依次与云端服务器和客户端信号连接。

2.根据权利要求1所述的岩土工程用便携式多轴测斜仪，其特征在于：所述测斜仪本体顶部设置用于固定数据线的插座。

3.根据权利要求1所述的岩土工程用便携式多轴测斜仪，其特征在于：所述第二MCU分别与显示屏和若干个按键电连接。

4.根据权利要求1所述的岩土工程用便携式多轴测斜仪，其特征在于：所述通讯模块包括4G模块、蓝牙模块和INTERNET网络。

5.根据权利要求1所述的岩土工程用便携式多轴测斜仪，其特征在于：所述第一双轴倾斜传感器和第而双轴倾斜传感器均为BWS5700双轴倾斜传感器。

6.一种根据权利要求1所述的岩土工程用便携式多轴测斜仪的测斜方法，其特征在于，包括：

S1、将测斜仪本体设置于岩土待测点位，开启计程轮，使测斜仪本体从岩土待测点位开始运动；

S2、构建空间直角坐标系，以第一双轴倾斜传感器和第二双轴倾斜传感器所在面为X-Y平面，垂直X-Y平面为Z平面；

S3、第一双轴倾斜传感器采集岩土待测点位的第一横滚角和第一俯仰角，第二双轴倾斜传感器采集岩土待测点位的第二横滚角和第二俯仰角；

S4、将接收到稳定后的若干个第一横滚角与第二横滚角进行比较，剔除误差大于阈值的第一横滚角和第二横滚角，将所剩的第一横滚角和第二横滚角求均值，得到若干岩土待测点位的横滚角数据；

S5、将接收到稳定后的若干个第一俯仰角与第二俯仰角进行比较，剔除误差大于阈值的第一俯仰角和第二俯仰角；将所剩的第一俯仰角和第二俯仰角求均值，得到若干岩土待测点位的俯仰角数据；

S6、将离散的若干横滚角数据和俯仰角数据分别与待测点位正常数据值进行非线性最小二乘拟合，得到当前横滚角数据和俯仰角数据与正常数据值的拟合曲线图；

S7、根据所述拟合曲线图，提取横滚角数据和俯仰角数据与正常数据值的误差值数据，得到横滚角误差值和俯仰角误差值；

S8、将横滚角误差值和俯仰角误差值与专家知识库给出的参考误差进行比较，若横滚角误差值和俯仰角误差值中任意一误差值大于参考值误差值，则向客户端和控制面板发送报警信息。