CN110632873A - 一种标贯和动探数据实时采集及自动监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种标贯和动探数据实时采集及自动监控系统，包括控制器、位移传感器、加速度传感器、定位传感器、电源、无线传输模块、存储器以及开关；位移传感器、加速度传感器以及定位传感器均连接控制器的输入端；无线传输模块连接控制器的输出端；加速度传感器采集标贯和动探试验中锤击加速度随时间的关系及锤击数，位移传感器获取标贯和动探试验贯入深度；存储器与控制器通过I/O接口连接；无线传输模块用于将数据信号发送至移动终端；电源用于为系统供电，开关设置在电源的输出电路上；具有减轻岩土工程勘察现场原位测试监管人员的劳动强度，消除黑箱效应，提升勘测作业质量；能实现对标准贯入试验和动力触探试验的自动监控和实时数据采集。

Description

一种标贯和动探数据实时采集及自动监控系统

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，涉及岩土工程勘察的原位测试技术，具体涉及一种标贯和动探数据实时采集及自动监控系统。

背景技术

目前开展智能钻探方面研究工作的包括福建省建筑设计院基于互联网+数字化钻探质量监管信息系统研究、香港大学基于随钻监测技术的钻孔信息管理系统；但这些研究的成型产品尚未推广上市，这些系统主要监控钻进过程中的速率、扭矩、油压等，距离钻探设备全面自动化、信息全面采集仍有很远的距离。随着物联网技术、人工智能技术以及5G万物联网技术的发展，未来钻探是否会根据智能、方便、简洁、高效并具备实时监控的能力是有可能的。

标准贯入试验和动力触探试验成果广泛用于确定砂土、碎石土的密实度，用于地层分层，评价黏性土的状态和无侧限抗压强度，评价地基承载力、土的抗剪强度、土的变形参数，估算单桩承载力、剪切波速，评价砂土液化等，其试验过程及结果的准确性、真实性极其重要。

但目前岩土工程勘察中普遍采用人工记录标贯、动探试验贯入一定深度及相应的锤击数，其试验过程及结果的准确性、真实性随现场操作人员及监管人员的责任心、敬业精神不同而具有明显的差异，有明显的黑箱效应。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种标贯和动探数据实时采集及自动监控系统，实现对标准贯入试验和动力触探试验的自动监控和实时数据采集，克服了试验过程中操作人员和监管人员人为因素对测试结果的影响，消除黑箱效应。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种标贯和动探数据实时采集及自动监控系统，包括控制器、位移传感器、加速度传感器、定位传感器、电源、无线传输模块、存储器以及开关；

位移传感器、加速度传感器以及定位传感器均连接控制器的输入端；无线传输模块连接控制器的输出端；加速度传感器用于采集标贯和动探试验中锤击加速度随时间的关系及锤击数，位移传感器用于获取标贯和动探试验贯入深度；定位传感器用于获取标贯和动探试验位置；

存储器与控制器通过I/O接口连接；

无线传输模块用于将数据信号发送至移动终端；

电源用于为系统供电，开关设置在电源的输出电路上。

还包括控制盒体，控制器、位移传感器、加速度传感器、定位传感器、电源、无线传输模块、存储器以及开关均设置在控制盒体中，控制盒体的底部开设有位移传感器的信号发射孔，控制盒体的侧面开设存储器安装口。

控制盒体中部开孔，连接杆件穿过所述开孔，连接杆件的外壁与所述开孔内侧焊接固定；连接杆件下端设置外螺纹，连接杆件下端连接标贯头或动探头的钻杆，连接杆件上端设置有标准杆件，所述标准杆件连接标准贯入或动力触探锤；连接杆件开设内螺纹，连接杆件与标准杆件螺纹连接。

所述信号发射孔的下方设置有中空伸缩管。

位移传感器的测量范围为2cm～400cm；位移传感器采用激光传感器、雷达传感器或超声波传感器。

存储器采用SD卡。

定位传感器采用北斗GPS传感器。

无线传输模块为蓝牙或Wi-Fi模块。

电源采用两节18650锂电池，单节电池容量为4800mAh，标称电压为3.7V。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明的标贯和动探数据实时采集及自动监控系统，能实现对标准贯入试验和动力触探试验的自动监控和实时数据采集；相较于现行的采用人工记录的方式，具有减轻岩土工程勘察现场原位测试监管人员的劳动强度，消除黑箱效应，提升勘测作业质量，而且有利于实现勘测数据大量积累，为设计人员提供有意义的数据资料，具有明显的社会效益和经济效益。

进一步的，控制器、位移传感器、加速度传感器、定位传感器、电源、无线传输模块、存储器以及开关设置在控制盒体中，通过控制盒体对元器件进行固定和安装，能提高装置的抗振性能，而且能防油污、防尘和防水，避免作业场地的不利影响。

进一步的，采用标准件将本发明的连接杆件与标准贯入或动力触探锤连接，不用改变现有岩土工程勘察钻探原位测试仪器设备，适用性强，安装方便。

进一步的，控制盒体上设置控制盒体上开设有位移传感器的信号发射孔，所述信号发射孔的下方设置中空伸缩管，能避免外部信号干扰，提高位移数据监测的准确性。

附图说明

图1为本发明标贯和动探数据实时采集及自动监控系统示意图。

图2为本控制盒体与连接杆件相连的结构示意图。

图3为本发明标贯和动探数据实时采集及自动监控系统逻辑关系示意图。

图中：1为连接杆件、2为控制盒体、3为移动终端、4为控制器、5为位移传感器、6为加速度传感器、7为定位传感器、8为电源、9为无线传输模块、10为存储器、11为开关。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解。

如图1、图2和图3所示，一种标贯和动探数据实时采集及自动监控系统，包括控制器4、位移传感器5、加速度传感器6、定位传感器7、电源8、无线传输模块9、存储器10以及开关11；

位移传感器5、加速度传感器6以及定位传感器7均连接控制器4的输入端；无线传输模块9连接控制器4的输出端；加速度传感器6用于采集标贯和动探试验中锤击加速度随时间的关系及锤击数，位移传感器5用于获取标贯和动探试验贯入深度；定位传感器7用于获取标贯和动探试验位置；存储器10与控制器4通过I/O接口连接；无线传输模块9用于将数据信号发送至移动终端；电源8用于为系统供电，开关11设置在电源8的输出电路上。

还包括控制盒体2，控制器4、位移传感器5、加速度传感器6、定位传感器7、电源8、无线传输模块9、存储器10以及开关11均设置在控制盒体2中，控制盒体2的底部开设有位移传感器5的信号发射孔，控制盒体2的侧面开设存储器安装口；控制盒体2中部开孔，连接杆件1穿过所述开孔，连接杆件1的外壁与所述开孔内侧焊接固定；连接杆件1下端设置外螺纹，连接杆件1下端连接标贯头或动探头的钻杆，连接杆件1上端设置有标准杆件，所述标准杆件连接标准贯入或动力触探锤；连接杆件1开设内螺纹，连接杆件1与标准杆件螺纹连接。

具体的，通过定位传感器7获取标贯、动探试验位置，通过位移传感器和加速度传感器获取标贯、动探试验锤击数及贯入深度，通过存储器保存试验数据，通过无线传输模块与数据接收及移动终端通信，系统由开关控制电源供电，由控制器控制电源管理、各传感器工作、通讯等；采用系统控制盒对固定和保护集成的元器件；连接杆件1通过底端丝口与连接标贯头或动探头的钻杆连接，连接杆件1通过顶端的母口与标准贯入或动力触探锤连接的杆件连接。

控制盒体2焊接在连接杆件1，方便与现行的各类标贯和动探试验设备安装。

控制盒体2具备保护内部集成电路、抗油污、抗震动等特性；无线传输模块9采用蓝牙或Wi-Fi将数据发送至移动终端3。

定位传感器7通过接收GPS信号、GLONASS信号或北斗信号获取标贯和动探试验位置信息，以采集和监控标贯和动探试验执行的位置信息。

实施例

位移传感器5用于采集标贯、动探试验中贯入深度随时间的关系，采用测量范围为2cm～400cm的激光传感器；加速度传感器6用于采集标贯、动探试验中锤击加速度随时间的关系。

位移传感器5和加速度传感器6数据用于监控标贯、动探试验执行过程，并通过数据接收和管理程序传输和管理，用于提供贯入深度为10cm、15cm以及30cm时所需的锤击数，为岩土参数分析和评价提供数据支持。

中空伸缩管包括若干伸缩管节，所述伸缩管节之间依次套接。

如图1和图2所示，对散装钻机选用Φ42mm直径的连接杆件；钻杆长400mm，加上长度为300mm的母口和80mm丝口；控制盒体长200mm，宽200mm，壁厚2mm；控制盒体2中间开孔，所述中间开孔与连接杆件焊接，控制盒体2上部开孔用于放置定位传感器的天线，下部开孔用于放置位移传感器激光头，侧面开孔用于放置开关、无线传输模块和存储器。

控制器4采用STM32F103RET6微控制器；位移传感器5采用VL53L1X激光测距传感器；加速度传感器6采用GY-521陀螺仪传感器；定位传感器7采用北斗GPS传感器；电源8采用2节18650锂电池，单节电池容量为4800mAh，标称电压为3.7V；无线传输模9采用HC-05蓝牙传感器；选用8GB SD卡作为存储器，开关11选用按钮开关。

在标贯和动探试验开展前安装本系统，现场测试中通过本系统实时获取时间、位移、XYZ三个方向的加速度以及经纬度数据，根据位移和加速度数据可以得到标贯和动探试验中重锤下落时序及每次的贯入深度，进而获得贯入设定深度的锤击数，从而实现自动记录数据。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种标贯和动探数据实时采集及自动监控系统，其特征在于，包括控制器(4)、位移传感器(5)、加速度传感器(6)、定位传感器(7)、电源(8)、无线传输模块(9)、存储器(10)以及开关(11)；

位移传感器(5)、加速度传感器(6)以及定位传感器(7)均连接控制器(4)的输入端；无线传输模块(9)连接控制器(4)的输出端；加速度传感器(6)用于采集标贯和动探试验中锤击加速度随时间的关系及锤击数，位移传感器(5)用于获取标贯和动探试验贯入深度；定位传感器(7)用于获取标贯和动探试验位置；

存储器(10)与控制器(4)通过I/O接口连接；

无线传输模块(9)用于将数据信号发送至移动终端；

电源(8)用于为系统供电，开关(11)设置在电源(8)的输出电路上。

2.根据权利要求1所述的标贯和动探数据实时采集及自动监控系统，其特征在于，还包括控制盒体(2)，控制器(4)、位移传感器(5)、加速度传感器(6)、定位传感器(7)、电源(8)、无线传输模块(9)、存储器(10)以及开关(11)均设置在控制盒体(2)中，控制盒体(2)的底部开设有位移传感器(5)的信号发射孔，控制盒体(2)的侧面开设存储器安装口。

3.根据权利要求2所述的标贯和动探数据实时采集及自动监控系统，其特征在于，控制盒体(2)中部开孔，连接杆件(1)穿过所述开孔，连接杆件(1)的外壁与所述开孔内侧焊接固定；连接杆件(1)下端设置外螺纹，连接杆件(1)下端连接标贯头或动探头的钻杆，连接杆件(1)上端设置有标准杆件，所述标准杆件连接标准贯入或动力触探锤；连接杆件(1)开设内螺纹，连接杆件(1)与标准杆件螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的标贯和动探数据实时采集及自动监控系统，其特征在于，所述信号发射孔的下方设置有中空伸缩管。

5.根据权利要求1所述的标贯和动探数据实时采集及自动监控系统，其特征在于，位移传感器(5)的测量范围为2cm～400cm；位移传感器(5)采用激光传感器、雷达传感器或超声波传感器。

6.根据权利要求1所述的标贯和动探数据实时采集及自动监控系统，其特征在于，存储器(10)采用SD卡。

7.根据权利要求1所述的标贯和动探数据实时采集及自动监控系统，其特征在于，定位传感器(7)采用北斗GPS传感器。

8.根据权利要求1所述的标贯和动探数据实时采集及自动监控系统，其特征在于，无线传输模块(9)为蓝牙或Wi-Fi模块。

9.根据权利要求1所述的标贯和动探数据实时采集及自动监控系统，其特征在于，电源采用两节18650锂电池，单节电池容量为4800mAh，标称电压为3.7V。

Images