CN110793500A - 恒温静力水准系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及静力水准测量领域，具体为一种恒温静力水准系统及其使用方法。一种恒温静力水准系统，包括静力水准仪和网关，静力水准仪分为传感器仓和液体仓上下两部分，在静力水准仪的壳体上从上至下依次对称布设了一对电缆接口、一对气管接口和一对水管接口。其特征是：静力水准仪的壳体为亚克力材质。静力水准仪包括：电路控制器、温度传感器、网状加热装置、非接触式测距传感器，以上均布设于静力水准仪的传感器仓内。电路控制器由电源模块、微处理器、传感采集模块和温控模块组成，能够对静力水准仪的内部温度进行恒温控制，从而提升系统全天候的综合测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及水准仪器测量领域，具体为一种恒温静力水准系统及其使用方法。
背景技术
静力水准仪是一种沉降监测仪器，被广泛用于结构物多点相对沉降的测量。专利[201620711252.X]提出了一种基于超声波测距原理的静力水准水位测量的装置，具有测量精度高，安装方便等特点。但是在实际使用过程中，静力水准系统往往长期安装在户外环境，遭受不同气候环境的高低温影响。特别地，在很多情况下，同一测线各个测量点会处于变化的温度梯度下（如一些仪器在阳光直射下，另外一些仪器在遮荫处），会导致如下三个问题：一是当温度剧烈变化时，各仪器空腔内的气压无法快速平衡，或者因为各点间距不同，所需的平衡时间不同，导致各仪器内的水准面不水平；二是液体温度变化引起的密度梯度，会带来压强变化，最终同样破坏了静力水准系统水准面一致的基本假设；三是传感器与电路本体的温度不同，会产生不同幅度的温飘，导致测量偏差无法抵消。综合而言，整个静力水准系统的测量精度会因温度梯度大幅低于单个仪器本身的精度，影响沉降监测的准确性。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种恒温静力水准系统及其使用方法，能够保证测量过程中整个系统中的各个仪器温度一致。
本发明通过如下技术方案达到发明目的：
一种恒温静力水准系统，包括静力水准仪和网关，静力水准仪分为传感器仓和液体仓上下两部分，在静力水准仪的壳体上从上至下依次对称布设了一对电缆接口、一对气管接口和一对水管接口，其特征是：静力水准仪的壳体用聚甲基丙烯酸甲酯（俗称亚克力材质）制成，静力水准仪还包括：电路控制器、温度传感器、网状加热装置和非接触式测距传感器，
电路控制器、温度传感器、网状加热装置和非接触式测距传感器都布设于静力水准仪的传感器仓内，电路控制器由电源模块、微处理器、传感采集模块和温控模块组成，电源模块通过导线分别连接温度传感器、非接触式测距传感器、微处理器、传感采集模块和温控模块，温控模块通过信号线连接网状加热装置，微处理器通过信号线分别连接电源模块、传感采集模块和温控模块。
所述的恒温静力水准系统，其特征是：微处理器通过I2C总线连接电源模块，微处理器通过SPI总线连接传感采集模块，微处理器通过GPIO总线连接温控模块。
所述的恒温静力水准系统的使用方法，其特征是，按如下步骤依次实施：
1) 在监测现场进行静力水准测量系统的仪器安装及组网，分别用电缆、气管和水管在电缆接口、气管接口及水管接口处连接相邻静力水准仪，串联后连接至网关。在安装的过程中可以通过透明的亚克力材质外壳观察到液体仓的液位情况。在各静力水准仪上安装保温罩，在水管及气管上安装保温管。
2) 系统开始监测工作，由网关发送某一温度指令（该温度高于当时当地气温），通过线缆传输给各静力水准仪的电路控制器。电路控制器中基于PID算法的温控模块控制网状加热装置的开关与电源模块接通，加热装置开始升温，由温度传感器测量仪器内部温度并通过传感采集模块将温度数据传输至网关。当所有静力水准仪的内部温度均达到同一设定温度时，温控模块控制网状电热装置的开关与电源模块断开停止加热。
3) 当外界温度发生变化导致各静力水准仪的内部温度不同时，各静力水准仪的温度传感器感知本静力水准仪内部的温度，通过电路控制器内部的传感采集模块将数据传输至网关，由网关读取其中温度最大值，将该值发送给各静力水准仪的电路控制器，按照上述2的步骤，将各静力水准仪的温度调至该最高温度值。始终保持所有静力水准仪的内部温度相同。
4) 各静力水准仪在恒定温度下将测得的水位数据按照设定的采样频率发送给网关，由网关上传至云端。
本发明采用亚克力透明材质的壳体材料，方便现场的安装及检查；在静力水准仪的传感器仓内布置恒温装置，通过PID温控算法保证各静力水准仪恒温，减小传感器及电路的温飘对测量精度的影响；同时对静力水准仪和水管、气管采取保温措施，减少了温度梯度带来的气压变化对水准测试的误差。
附图说明
图1是本发明静力水准系统的局部工作示意图；
图2是本发明中电路控制器、温度传感器、网状加热装置和非接触式测距传感器的连接示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种恒温静力水准系统，包括静力水准仪1、网关2、电路控制器11、电源模块111、微处理器112、传感采集模块113、温控模块114、温度传感器12、网状加热装置13、非接触式测距传感器14、壳体15、电缆接口151、气管接口152、水管接口153、保温罩154和保温管155，如图1和图2所示，具体结构是：
静力水准仪1分为传感器仓和液体仓上下两部分，在静力水准仪1的壳体15上从上至下依次对称布设了一对电缆接口151、一对气管接口152和一对水管接口153，其特征是：静力水准仪1的壳体15用聚甲基丙烯酸甲酯（俗称亚克力材质）制成，静力水准仪1还包括：电路控制器11、温度传感器12、网状加热装置13和非接触式测距传感器14，
电路控制器11、温度传感器12、网状加热装置13和非接触式测距传感器14都布设于静力水准仪1的传感器仓内，电路控制器11由电源模块111、微处理器112、传感采集模块113和温控模块114组成，电源模块111通过导线分别连接温度传感器12、非接触式测距传感器14、微处理器112、传感采集模块113和温控模块114，温控模块114通过信号线连接网状加热装置13，微处理器112通过信号线分别连接电源模块111、传感采集模块113和温控模块114。
本实施例中：微处理器112通过I2C总线连接电源模块111，微处理器112通过SPI总线连接传感采集模块113，微处理器112通过GPIO总线连接温控模块114。
本实施例使用时，按如下步骤依次实施：
1. 在监测现场进行静力水准测量系统的仪器安装及组网，分别用电缆、气管和水管在所述电缆接口151、气管接口152及水管接口153处连接相邻静力水准仪1，串联后连接至网关2。在安装的过程中可以通过透明的亚克力材质壳体15观察到液体仓的液位情况。在各静力水准仪1上安装保温罩154，在水管及气管上安装保温管155。
2. 系统开始监测工作，由网关2发送某一温度指令（该温度高于当时当地气温），通过线缆传输给各静力水准仪1的电路控制器11。电路控制器11中基于PID算法的温控模块114控制网状加热装置13的开关与电源模块111接通，网状加热装置13开始升温，由温度传感器12测量仪器内部温度并通过传感采集模块113将温度数据传输至网关2。当所有静力水准仪1的内部温度均达到同一设定温度时，温控模块114控制网状电热装置13的开关与电源模块111断开停止加热。
3. 当外界温度发生变化导致各静力水准仪1的内部温度不同时，各静力水准仪1的温度传感器12感知本静力水准仪1内部的温度，通过电路控制器11内部的传感采集模块113将数据传输至网关2，由网关2读取其中温度最大值，将该值发送给各静力水准仪1的电路控制器11，按照上述2的步骤，将各静力水准仪1的温度调至该最高温度值。始终保持所有静力水准仪1的内部温度相同。
4. 各静力水准仪1在恒定温度下将测得的水位数据按照设定的采样频率发送给网关2，由网关2上传至云端。
本实施例采用恒温装置对仪器进行恒温控制，并采用保温材料对管线进行保护。保证同一测线上的各台仪器温度一致，从而提升系统全天候的综合测量精度。
Claims (3)
1.一种恒温静力水准系统，包括静力水准仪(1)和网关(2)，静力水准仪(1)分为传感器仓和液体仓上下两部分，在静力水准仪(1)的壳体(15)上从上至下依次对称布设了一对电缆接口(151)、一对气管接口(152)和一对水管接口(153)，其特征是：静力水准仪(1)的壳体(15)用聚甲基丙烯酸甲酯制成，静力水准仪(1)还包括：电路控制器(11)、温度传感器(12)、网状加热装置(13)和非接触式测距传感器(14)，
电路控制器(11)、温度传感器(12)、网状加热装置(13)和非接触式测距传感器(14)都布设于静力水准仪(1)的传感器仓内，电路控制器(11)由电源模块(111)、微处理器(112)、传感采集模块(113)和温控模块(114)组成，电源模块(111)通过导线分别连接温度传感器(12)、非接触式测距传感器(14)、微处理器(112)、传感采集模块(113)和温控模块(114)，温控模块(114)通过信号线连接网状加热装置(13)，微处理器(112)通过信号线分别连接电源模块(111)、传感采集模块(113)和温控模块(114)。
2.如权利要求1所述的恒温静力水准系统，其特征是：微处理器(112)通过I2C总线连接电源模块(111)，微处理器(112)通过SPI总线连接传感采集模块(113)，微处理器(112)通过GPIO总线连接温控模块(114)。
3.如权利要求1或2所述的恒温静力水准系统的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
① 在监测现场进行静力水准测量系统的仪器安装及组网，分别用电缆、气管和水管在所述电缆接口(151)、气管接口(152)及水管接口(153)处连接相邻静力水准仪(1)，串联后连接至网关(2)，在安装的过程中通过透明的亚克力材质的壳体(15)观察到液体仓的液位情况，在各静力水准仪(1)上安装保温罩(154)，在水管及气管上安装保温管(155)；
② 系统开始监测工作，由网关(2)发送一个温度指令，所述温度高于当时当地气温，通过线缆传输给各静力水准仪(1)的电路控制器(11)，电路控制器(11)中基于PID算法的温控模块(114)控制网状加热装置(13)的开关与电源模块(111)接通，网状加热装置(13)开始升温，由温度传感器(12)测量仪器内部温度并通过传感采集模块(113)将温度数据传输至网关(2)，当所有静力水准仪(1)的内部温度均达到同一设定温度时，温控模块(114)控制网状电热装置(13)的开关与电源模块(111)断开停止加热；
③ 当外界温度发生变化导致各静力水准仪(1)的内部温度不同时，各静力水准仪(1)的温度传感器(12)感知本静力水准仪(1)内部的温度，通过电路控制器(11)内部的传感采集模块(113)将数据传输至网关(2)，由网关(2)读取其中温度最大值，将该值发送给各静力水准仪(1)的电路控制器(11)，按照上述2的步骤，将各静力水准仪(1)的温度调至该最高温度值，始终保持所有静力水准仪(1)的内部温度相同；
④ 各静力水准仪(1)在恒定温度下将测得的水位数据按照设定的采样频率发送给网关(2)，由网关(2)上传至云端。
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