CN111458062B - 一种自动量测渠道三维冻胀力的仪器及其测量安装方法 - Google Patents

Abstract

一种自动量测冻胀力仪器，由锚固部分、量测部分和采集发布部分组成，所述量测部分包括三个集测量冻胀力和温度的于一体的测力模块；所述锚固部分由锚头、连接锚杆和安装板组成，所述锚头为一端带有尖锥状钻头的金属杆，金属杆的外壁上布有若干弹簧片；安装板包括顶板和垂直于顶板的两个相邻侧底板；所述连接锚杆一端和锚头连接，另一端和安装板连接；所述三套测力模块分别设置于顶板和两个侧底板上，测量三维方向的冻胀力；所述采集发布部分用于控制三个测力模块依次进行测量，控制信息传输进行数据传输。本发明能长期自动测量输水渠道的三维冻胀力。

Description

一种自动量测渠道三维冻胀力的仪器及其测量安装方法

技术领域

本发明涉及一种自动量测渠道三维冻胀力的仪器及其测量安装方法，属于水利工程安全监测技术领域。本专利依托国家重点研发计划“高寒区长距离供水渠道监测预警与健康诊断技术（2017YFC0405104）”完成。

背景技术

随着我国南水北调中线工程、新疆引额济乌一期工程等一大批输水工程的投入使用，极大地缓解了由于我国水资源分布不均所引起的局部地区水资源短缺的问题，然而很大一批输水工程都位于冬季冻胀区，随着这些输水工程陆续投入使用，渠道管理和设计单位都迫切希望了解工程的实际冻胀危害和工程防冻胀措施的效果，从而为积累设计经验，并指导管理部门进行渠道维护作业提供基础数据。

传统的冻胀力量测需要将仪器预先埋设在渠道内，工程量大，埋设复杂，特别是仪器安装埋设需要破坏渠道的原状土，改变了局部土体结构，对冻胀测量的结果有较大的影响（由于为了保护测量设备，回填土基本采用人工回填压实，导致仪器周边土体的密度和压实度与原有土体不一致，测量出的冻胀力与实际土层的冻胀力有偏差。）。工程中所用的冻胀力仪多采用应变片的工作原理，其耐低温差，长期使用零点漂移严重，不利于冻胀力的长期监测；很多冻胀力仪采用人工测量的方式，耗时耗力，对于新疆等偏远地区，输水工程多分布在地广人稀的地域，经常出现人工测量不及时，恶劣天气下经常无法测量的情况，导致测值不连续，不能很好地反映渠道冻胀的特点。

近年来随着国家和行业对输水工程多年运行安全性认识的逐渐深入，工程界迫切需要一种安装简便，适用性广，成本低廉，可自动化测量的渠道冻胀力测量系统。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明第一方面提供一种自动量测冻胀力仪器，能长期自动测量输水渠道的三维冻胀力。

实现本发明目的的技术方案是：一种自动量测冻胀力仪器，由锚固部分、量测部分和采集发布部分组成，所述采集发布装置由控制单元和分别与控制单元连接的内部供电单元、信息输入显示单元、信息传输单元和外部供电单元组成，所述工作单元和所述量测部分连接，所述内部供电单元用于给所述工作单元供电，所述外部供电单元用于给所述内部供电单元补充能源；

所述量测部分包括三个集测量冻胀力和温度的于一体的测力模块；

所述锚固部分由锚头、连接锚杆和安装板组成，所述锚头为一端带有尖锥状钻头的金属杆，金属杆的外壁上布有若干弹簧片；安装板包括顶板和垂直于顶板的两个相邻侧底板；所述连接锚杆一端和锚头连接，另一端和安装板连接；

所述三套测力模块分别设置于顶板和两个侧底板上，测量三维方向的冻胀力；所述采集发布部分用于控制三个测力模块依次进行测量，控制信息传输和进行数据传输。

上述技术方案中，量测部分通过锚固部分安装在渠道原状土内，长期稳定可靠工作。仪器依据控制单元的控制指令对冻胀力进行测量，并将测量到的冻胀区域土体的三维冻胀力数据自动存储到控制单元的存储模块中，该仪器与外部存储介质之间设有信息传输通道，自动测量仪器由该信息传输通道将采集的数据传输至外部存储介质中；工作人员可通过对测量结果进行分析计算，得到所测点的冻胀力大小及方向。

作为优选方案，所述锚头为端头呈尖锥状的金属杆，长度1米，金属杆身上均匀布置有卡槽，所述弹簧片安装在卡槽内，方便根据土体的状况设置弹簧片数量。当弹簧片在外力作用下紧贴金属杆身时，刚好能完全嵌入在卡槽内，这时锚头金属杆外表面没有任何突出物，保证了在锚头压入土体时弹簧片不会被外力破坏，也减少了锚头压入土体时的阻力。

作为优选方案，所述弹簧片呈向上弯曲的弧形，金属材质，厚3mm，长10~15cm，具体长度可根据所在土体的特性选择，弹簧片底端通过焊接或锚固的方式与锚头相连，弹簧片顶端加工成60°的折角，折角方向朝外，使得弹簧片的顶端更向外部突出。当锚头向下压入土体的时候，由于侧向土压力的作用，弹簧片会被紧紧压在锚头上，当锚头压入预定位置，开始向上拔动时，由于弹簧片特殊的形状，其会慢慢向外部张开，并嵌入到周围土体内，提高了锚头的抗拔力，保证在设计量程内锚头不会被拔出来。

进一步，所述测力模块包括油囊、液压测量装置和高精度温度计，当土体发生冻胀时，土体膨胀挤压油囊，通过油囊中液压油的力传导，将冻胀力传递至油囊后部的液压测量装置上，液压测量装置根据控制单元指令进行测量。

进一步，所述控制单元，采用两套芯片控制（即低功耗芯片机和中控芯片机），即有效降低了整套仪器日常运行的耗电量，又提高了仪器的无故障工作时间，同时降低了仪器的运行维护成本。所述控制单元，日常值守采用低功耗芯片机，测量工作时切换至中控芯片机，低功耗芯片机以低功耗芯片为核心，只具有基本的自动化控制功能，设计简单，皮实耐用，可以长时间无人值守，有效降低了仪器运行时的电力消耗，其成本小，采用模块化设计，易于更换，损坏后更换成本低廉。

进一步，所述控制单元、信息输入显示单元和信息传输单元设置在密封的镀锌信息采集保护箱内，太阳能板安装在信息采集保护箱外部。

作为优选方案，所述连接螺杆的两端带有螺纹，通过螺母固定在顶部结构框架上。所述连接锚杆两端有连接螺纹方便与锚头部分和其他锚杆相连。

作为优选方案，所述顶板上设有加肋梁，由不锈钢板加工而成，顶板的尺寸为0.6×0.6m，厚度2cm，肋梁高度5cm，测力模块通过螺栓固定的形式，安装在顶板和两侧底板正中间，有效减少了边界效应对冻胀力测量的干扰。

作为优选方案，所述内部供电单元包括锂电池，锂电池安装在防水保温的电池仓内，为了保证在极寒环境下，供电单元能正常工作，电池仓安装在冬季冻胀区以下的坑内，以保证锂电池的工作效能，电池仓通过电源和数据线与信息采集保护箱相连。

一种能自动量测渠道三维冻胀力的仪器安装方法，包括如下步骤：

步骤一：整平地面，开挖出0.6米见方，深度5~10cm的浅坑，先将顶板在浅坑中摆放好，通过预留的安装洞，将锚杆和顶部结构框架底板的位置在地面上放样；

步骤二：开挖出两侧底板的安装空间；

步骤三：将带弹簧片的锚头和锚杆逐渐压入待测量的土体中，锚头入土深度超过冻胀区1米以上，锚头到达安装位置后，将锚杆向上拔出3~5cm左右，保证锚头处的弹簧片全部张开；

步骤四：拼接顶板框架，并将三套冻胀力量测模块安装到位，接通仪器采集装置，检查仪器工作是否正常；

步骤五：将顶部结构框架用螺栓与螺杆连接好，校准顶部结构框架的顶板与地面平行；

步骤六：在地势较高，通讯信号好的位置，开挖0.5米见方，深度超过60cm的坑，坑内浇筑混凝土，并埋设一根长2m左右防锈钢管；待混凝土凝固后，将信息采集保护箱固定在钢管上，将太阳能板调整好位置固定在钢管的顶部；

步骤七：在坑的附近再开挖一个深度超过冻胀区的深坑，并将锂电池仓埋设到坑底，将电源线经过穿线管保护后引出，回填原状土，并人工压实；

步骤八：通过电缆线将采集发布装置、模块测力和电池仓连接起来；

步骤九：通过信息输入显示单元或配套的控制软件设置初始工作参数，并启动仪器工作，进行试验性读数，查看仪器是否工作正常。

本发明具有以下优点：设计合理、工艺简单、易于加工、主要配件价格低廉，从而使得该自动化量测仪器具备较高的成本优势，该自动化量测仪器适用性广，数据传输方式灵活多样，安装简便。该自动化量测仪器与传统的冻胀力测量仪器相比有以下优点：1、仪器安装过程不对原状土进行破坏，保证了测量的准确性；2、仪器安装在渠道表面，对渠道破坏小，既可以在渠道建设期安装，也可以在渠道运行期补装，安装时间灵活；3、仪器可以测量三个垂直方向的冻胀力，通过计算可以得到测量土体冻胀力的主应力大小和方向，为了解渠道冻胀危害提供了基础数据，而传统渠道冻胀力测量仪器，所测量的方向为人为选定，且只能测量一个方向的上的冻胀力，测量结果受制于安装人员经验。该自动化量测仪器不依赖于外部电源和通信线路，对安装的地点没有特殊的要求，特别适合我国北部少人或无人，基础建设薄弱的地区，该自动化采集仪器具有广泛的市场应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例1自动量测渠道三维冻胀力的仪器的三维立面图；

图2是本发明实施例1自动量测渠道三维冻胀力的仪器的俯视图；

图3是本发明实施例1自动量测渠道三维冻胀力的仪器的侧面图；

图4是本发明实施例1自动量测渠道三维冻胀力的仪器及其数据传输线路示意图；

图5是本发明实施例1自动量测渠道三维冻胀力的仪器内部模块连接示意图；

图6是本发明实施例1自动量测渠道三维冻胀力的仪器启动测量工作的总体流程示意图。

图7是本发明实施例1自动量测渠道三维冻胀力的仪器控制系统软件程序框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1-4所示，一种能自动量测渠道三维冻胀力的仪器，该仪器分为锚固部分、量测部分和采集发布部分，锚固部分包括：带弹簧片的锚头1、连接锚杆6和顶板2，连接锚杆6两端带有螺纹，通过螺纹和锚头1连接，通过螺母3固定到顶板2上，顶板2为拼接式结构，顶板2上面设有肋梁8、底部设有两侧底板5，两侧底板5和顶板2相互垂直。顶板2由不锈钢板加工而成，顶板2的尺寸为0.6×0.6m，厚度2cm，肋梁8高度5cm，三个测力模块4通过螺栓固定的形式，安装在顶板2和两侧底板5正中间。锚头1的金属杆上带有卡槽7，弹簧片9安装在卡槽内7，呈向上弯曲的尖爪状，弹簧片顶端加工成60°的折角，折角方向朝外，使得弹簧片的顶端更向外部突出。

量测部分包括：三套冻胀力量测模块4，分别布置在顶板2和侧底板5中间。采集发布部分包括：低功耗芯片机、中控芯片机、读数器、电源控制器、锂电池及其控制模块、太阳能板及其控制模块、液晶信息输入输出设备、通讯接口模块、他们之间的连接线路和最外部的镀锌保护箱。

自动化测量仪器结构如图4、5所示，仪器电路包括内部供电单元、控制单元、工作单元、外部供电单元、信息输入显示单元、信息传输单元等，以下一一进行说明。

（1）控制单元，用于控制测量仪器执行具体的操作。该控制单元集成有低功耗芯片机、中控芯片机、设备接口模块、存储模块、时钟模块和通信模块。低功耗芯片机是辅助控制单元，采用抗电流浪涌、能长期稳定工作的低功耗芯片和相应的极简功能电路组成，具备指令处理、通信传输等简单功能。中控芯片机是控制单元的核心部件，采用高度集成的高性能芯片和配套集成电路组建，包括命令处理功能、数据采集控制、通信传输和电路切换等功能。中控芯片机通过设备接口模块与工作单元、信息传输单元、内部供电单元、信息输入显示单元和外部供电单元等连接，主要执行的控制工作有：自动测量、接收上位机命令、参数设置、存储数据、上传数据和信息等。控制单元的存储模块包括非易失性的大容量存储器，例如SD存储卡、固态硬盘等，可以由其他设备直接读取数据内容。

（2）工作单元，用于执行对土体冻胀力的测量操作，包括用于测量冻胀力模块和集成至冻胀力模块内的测温模块。仪器测量时，逐个读取冻胀力模块和测温模块的数据，并保存数据至存储模块，当与外部电脑或上位机连接时，会将数据自动发送给外部系统。

（3）信息传输单元，用于仪器与外部系统之间交互数据信息。为提高数据传输的速度和效率，仪器与外部系统之间包括两个独立的数据传输通道，即USB通信通道和485通信通道，保证数据信息传输迅速、可靠。工作人员可以定期通过USB通道获取监测数据，或者外部系统通过485通信通道发送给仪器各种命令、参数，仪器通过该数据传输通道上传给外部系统的各项测量数据和信息等。

（4）内部供电单元，用于提供仪器的供电和电源管理。在本实施例中，内部供电单元包括锂电池和电源管理模块。锂电池采用内置或可拆卸的方式安装在电池仓内，例如采用大容量锂电池供电，充电一次可以满足测量仪器正常工作1个月以上。电源管理模块根据仪器各个功能单元工作电压、电流进行合理分配，并且对仪器的各个功能单元的工作电流、电压、温度进行监控，对发生过流、过压情况进行报警并自动保护，并且对锂电池充放电电流、电压、温度进行自动监控和管理，对欠压、过流、过温度等情况进行报警和保护，延长电池工作寿命，保证设备正常工作。

（5）外部供电单元，用于提供外部电源供仪器待机和锂电池充电使用，包括太阳能电池板、小型风力发电机和充电器。充电器用于将太阳能电池板和风力发电机的输出电流整流和变压供仪器使用，并具备外部220V电源接口，满足多类型供电需求，提高了供电的安全性。

（6）信息输入显示单元，用于输入控制命令，显示仪器工作状态等功能，包括液晶屏和屏幕控制模块。该单元为仪器安装人员提供了现场调试的界面，在仪器现场安装和日常维护修理时，可以设置仪器工作参数，查看仪器工作状态，处理仪器工作故障等。

下面参考图6并结合图7所示的流程图，详细说明本发明的自动量测渠道冻胀力的仪器对土体冻胀力进行测量的方法。

如图6所示，当到达开机时间或收到外部通信命令后，低功耗芯片机关闭外部供电单元，以防止测量过程中由于外部电源带来的不可控因素导致仪器损坏，唤醒中控芯片机，并进入休眠状态。中控芯片机开始工作，测量仪器执行测量准备，进行开机检查，包括连接线缆、连接控制装置通信、启动控制程序、系统状态检查、电池容量检查、通信连接测试、工作模式设置等工作，其中：

工作模式设置：测量模块数量、测量模块编号、测量的顺序等；

参考图6所示，测量仪器完成准备工作以后，可以进行渠道冻胀力的测量工作。其具体工作步骤如下：

步骤1启动测量工作模式；

步骤2根据预设的测量顺序，开始逐个对冻胀力模块测量；

步骤3对冻胀力模块连续测量三次冻胀力和土体温度，并计算三次的测量误差；

步骤4满足预设的测量误差时，进行下一个冻胀力模块测量，否则重新开始步骤3测量，并在测量日志中进行记录；

步骤5如果连续3次测量该冻胀力模块不能满足测量误差，则进行下一个冻胀力模块测量，并在测量日志中进行记录；

步骤6在下一个冻胀力模块开始步骤3的工作，直至所有冻胀力模块全部测完；

步骤7记录测量到的土体冻胀力和相应的温度，并自动储存；

步骤8仪器自动将本次测量的所有信息写成一条测量记录，并自动保存，然后进入步骤9（即进入工作结束步骤）；

步骤9中控芯片机通过信息传输单元，将本次测量数据发送至上位机，如收到上位机数据接收的回复，则进入步骤10，如果在规定的时间内，没有收到上位机的回复，则自动对该条数据进行标注，下次测量时继续传输。

步骤10中控芯片机唤醒低功耗芯片机后，进入关机状态。

步骤11低功耗芯片机在规定时间间隔后，断开中控芯片机电源，并开启外部供电单元，为内部供电单元充电和为整个系统供电，整套系统进入待命状态。

仪器监控系统软件

本实例中在低功耗芯片机和中控芯片机中安装有仪器监控软件，采用高级语言编写的可视化、人机交互的计算机程序，通过液晶触摸屏，操作人员能控制仪器进行测量操作，并实时监测仪器的运行状态。

低功耗芯片机和中控芯片机内运行的仪器监控软件包括系统管理程序、运行控制程序和数据处理程序，参见图7所示，其中：

1）系统管理程序：

系统管理程序包括项目管理、系统安全管理和操作日志等内容。

2）运行控制程序：

运行控制程序包括系统设置、系统自检、测量控制等内容。

3）数据处理程序：

数据处理程序包括数据传输、数据整理和数据库管理等工作。

本实施例通过自动测量测力模块的数据，基于土力学基本原理，通过三角函数算出冻胀主应力和方向。测量时，测量三个方向的冻胀力和对应的土体温度并存储下来，将其值与初始读数相减即可得到本次测量的冻胀力，该值可以通过有线、无线电台、无线网桥、GPRS或北斗通信等手段传输到上位机内，并通过配套的软件将其数值展现出来。该仪器可以采用有线或者太阳能、风能供电两种方式，当采用太阳能风能供电时，蓄电池需要放置在冻胀区以下。

该自动化量测仪器的安装方法，步骤如下：

（1）将现场仪器安装位置的地面整平，人工开挖0.6米见方，深5~10cm的浅坑，通过顶部结构框架的顶板进行安装放样；

（2）采用人工开挖的方式，挖出底部两侧底板的安装空间，开挖过程中要不断校核尺寸，防止超挖或者欠挖；

（3）现场将带弹簧片的锚头部分和连接锚杆连接好，在放好样的位置，采用人工夯击或者机械的方式将带弹簧片的锚头部分和锚杆逐渐压入待测量的土体中，锚头入土深度要超过当地冻胀区1米以上，锚头到达安装位置后，将锚杆向外拔出3~5cm左右，保证锚头处的弹簧片全部张开，发挥固定锚杆的作用；

（4）现场拼接顶部结构框架，并将三套冻胀力量测模块安装到位，临时接通仪器采集装置，检查整套系统工作是否能正常工作；

（5）将顶部结构框架放到之前确定好的位置，通过螺栓将其与之前的螺杆连接好，通过水准尺校准，保证顶部结构框架的顶板与地面平行；

（6）选取附近一处地势较高，通讯信号好的位置，开挖0.5米见方，深度超过60cm的坑，坑内浇筑混凝土，并埋设一根长2m左右刷过防锈漆的钢管；从顶部结构框架安装位置开挖电缆沟至2m钢管处，穿电缆保护管后，将测力模块的电缆线引到钢管处，回填压实电缆沟；

（7）在该坑的附近再开挖一个深度超过冻胀区的深坑，并将锂电池仓埋设到坑底，做好防护措施后，将电源线经过穿线管保护后引出，回填原状土，并人工压实；

（8）待混凝土凝固后，将采集发布的信息采集保护箱固定在钢管上，将太阳能板调整好位置固定在钢管的顶部；

（9）连接采集发布装置、冻胀力测量装置和电池仓之间的电源和通信线路；

（10）通过配套的控制软件设置初始工作参数，并启动仪器工作，进行试验性读数，查看仪器是否工作正常；

（11）回填顶部结构框架安装位置的浅坑，小心碾压密实；

（12）通过一个星期的连续定时采集，待读数稳定后，将稳定后的读数设置为初始读数，作为后期冻胀力计算的初值。

本发明具有以下特点：

（1）该自动化量测仪器在安装过程中不会对原状土体产生较大的干扰，保证了所测量土体的原始状态，仪器测量精度高；

（2）该自动化量测仪器可以从三个方向测量被测土体的冻胀力，从而避免了以往人为选择冻胀力的量测方向，其所算出的冻胀力主应的大小和方向符合土力学的基本原理，解决了传统现场冻胀力系统无法精确得到冻胀主应力的缺陷，为后续渠道的管理和设计积累了详实的实测数据；

（3）该自动化量测仪器安装简便，对渠道破坏小，即可以在渠道建设期安装，也可以在渠道运行期安装，适用性广；

（4）仪器采用双芯片控制方式，有效降低了日常耗电量，提高了无故障工作时间，降低了运行维护成本；

（5）仪器测量工作期间，完全断开外部电源，只利用自身内部供电单元供电，可以有效降低整套仪器的运行风险，保证了仪器长期工作性能；

（6）该自动化量测仪器可以采用有线、无线等方式进行数据传输，并能够根据现场情况采用有线和太阳能、风能蓄电池等多种供电方式，其配套功能灵活多样，可广泛适用各种现场环境；

（7）该自动化量测仪器采用模块化设计，结构简单，能有效的降低生产成本，便于日常维护。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种自动量测冻胀力仪器，由锚固部分、测力部分和采集发布部分组成，所述采集发布部分由控制单元和分别与控制单元连接的内部供电单元、信息输入显示单元、信息传输单元、工作单元和外部供电单元组成，所述工作单元和所述测力部分连接，所述内部供电单元用于给所述工作单元供电，所述外部供电单元用于给所述内部供电单元补充能源；其特征是：

所述测力部分包括三个集测量冻胀力和温度的于一体的测力模块；

所述锚固部分由锚头、连接锚杆和安装板组成，所述锚头为一端带有尖锥状钻头的金属杆，金属杆的外壁上布有若干弹簧片；安装板包括顶板和垂直于顶板的两个相邻侧底板；所述连接锚杆一端和锚头连接，另一端和顶板连接；

三个所述测力模块分别设置于顶板和两个侧底板上，测量三维方向的冻胀力；所述采集发布部分用于控制三个测力模块依次进行测量，控制信息传输进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的自动量测冻胀力仪器，其特征在于：所述弹簧片呈向上弯曲的弧形，金属材质，弹簧片底端通过焊接或锚固的方式与锚头相连，弹簧片顶端加工成60°的折角，折角方向朝外，弹簧片的顶端向外部突出。

3.根据权利要求1所述的自动量测冻胀力仪器，其特征在于：所述锚头的金属杆上带有卡槽，所述弹簧片安装在卡槽内。

4.根据权利要求1所述的自动量测冻胀力仪器，其特征在于：所述顶板上设有肋梁，由不锈钢板加工而成，顶板的尺寸为0.6×0.6m，厚度2cm，肋梁高度5cm，测力模块通过螺栓固定的形式，安装在顶板和两侧底板正中间。

5.根据权利要求1所述的自动量测冻胀力仪器，其特征在于：所述连接锚杆的两端带有螺纹，通过螺母固定在顶板上。

6.根据权利要求1所述的自动量测冻胀力仪器，其特征在于：所述控制单元采用双芯片机控制，包括低功耗芯片机和中控芯片机，低功耗芯片机以低功耗芯片为核心，日常采用低功耗机值守，测量时切换成中控芯片机控制。

7.根据权利要求1所述的自动量测冻胀力仪器，其特征在于：所述控制单元、信息输入显示单元和信息传输单元设置在密封的镀锌信息采集保护箱内，太阳能板安装在信息采集保护箱外部，所述内部供电单元包括锂电池，锂电池安装在防水保温的电池仓内，电池仓安装在冬季冻胀区以下的坑内。

8.根据权利要求7所述的仪器的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：整平地面，开挖出0.6米见方，深度5~10cm的浅坑，先将顶板在浅坑中摆放好，通过预留的安装洞，将连接锚杆和侧底板的位置在地面上放样；

步骤二：开挖出两侧底板的安装空间；

步骤三：将带弹簧片的锚头和连接锚杆逐渐压入待测量的土体中，锚头入土深度超过冻胀区1米以上，锚头到达安装位置后，将连接锚杆向上拔出3~5cm，保证锚头处的弹簧片全部张开；

步骤四：拼接安装板，并将三个冻胀力测力模块安装到位，接通仪器采集发布部分，检查仪器工作是否正常；

步骤五：将顶板用螺栓与连接锚杆连接好，校准顶板与地面平行；

步骤六：在地势较高，通讯信号好的位置，开挖0.5米见方，深度超过60cm的坑，坑内浇筑混凝土，并埋设一根长2m左右防锈钢管；待混凝土凝固后，将信息采集保护箱固定在钢管上，将太阳能板调整好位置固定在钢管的顶部；

步骤七：在坑的附近再开挖一个深度超过冻胀区的深坑，并将电池仓埋设到坑底，将电源线经过穿线管保护后引出，回填原状土，并人工压实；

步骤八：通过电缆线将采集发布部分、测力模块和电池仓连接起来；

步骤九：通过信息输入显示单元或配套的控制软件设置初始工作参数，并启动仪器工作，进行试验性读数，查看仪器是否工作正常。

9.根据权利要求1所述的仪器的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：设置初始参数，包括：测量的顺序、各测力模块的编号、每次测量次数、重复测量的遍数、精度、测量的间隔时间；

步骤二：控制单元收到测量命令或到达预设时间后，低功耗芯片机关闭外部供电单元，唤醒中控芯片机，进入休眠状态；中控芯片机开始自检；根据预设的测量顺序，逐个测力模块测量；当满足预设的测量误差时，进行下一个测力模块测量，否则重复测量，直至满足精度要求或达到预设的重复次数为止；以同样方法依次测量后续测力模块；

步骤三：测量结束后仪器自动生成一条包括时间、测量用时、测量数值的测量日志，并通过信息传输单元向外传输；中控芯片机唤醒低功耗芯片机后，进入关机状态；低功耗芯片机开启外部供电单元，为内部供电单元充电，并为整个系统供电，整套系统进入待命状态。

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