CN111656128A - 土体位移测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种土体位移测量装置可以包括：圆柱形中空壳体；外环磁体，该外环磁体可滑动地布置在圆柱形中空壳体的外表面上；内磁体，该内磁体设置在圆柱形中空壳体内；悬置组件，该悬置组件将内磁体悬置在圆柱形中空壳体的内部空间中；以及应变测量元件，该应变测量元件被提供至悬置组件的区域。外环磁体和圆柱形中空壳体之间沿着圆柱形中空壳体的纵轴的相对运动可以使外环磁体与内磁体共同作用，以使得两个磁体之间的磁力在悬置组件的区域处改变相应的应变。可以通过应变测量元件来检测应变的变化，以作为外环磁体沿着圆柱形中空壳体的相对位移的量度。

Description

土体位移测量装置
技术领域
各个实施方式大体上涉及一种土体位移测量装置。特别地，各个实施方式大体上涉及一种用于测量水平土体位移和/或垂直土体位移的土体位移测量装置。
背景技术
土体位移监测对于确保安全、特别是在建筑工地中是非常重要的。土体位移可以呈水平土体位移的形式，例如滑坡、或垂直土体位移，例如沉降(settlement)或起伏(heave)。
在监测水平土体位移时，通常可以使用位移测量工具，例如测斜仪。测斜仪可用于测量由于重型建筑活动、强降水、地基沉降等导致的滑坡。例如，土体可能受到朝向附近区域的挖掘/掘洞现场的作用力，并因此沿着某个方向运动。土体的斜坡也可能由于强降水而变形。因此，监测土体的这种运动/变形以对斜坡坍方或滑坡进行分析和检测是非常重要的。在当前的常规实践中，将一个在相互垂直的方向上具有两组凹槽的测斜仪塑料套管安装在钻孔中(通常为40m深)。在电缆的帮助下，通过这些凹槽将测斜仪探头手动降入到就地灌浆的套管中，以保持其方向(扭曲)。在两个垂直的方向(一个垂直于挖掘现场，另一个平行于挖掘现场)上，沿着测斜仪套管/钻孔以常规的深度测量土体的水平位移。测斜仪套管由于在套管的安装过程中抵抗来自液体灌浆的浮力所使用的高推力而经受一些扭曲。套管的扭曲是不希望的，但却是不可避免的。对测斜仪套管经受的扭曲进行测量对于准确计算套管/土体的位移是必要的。此外，对于每次检查，必须手动将测斜仪探头降入到套管中，这是费力且费时的。此外，用这种方法不可能对土体运动进行实时连续监测。
可能期望具有自动数据记录的全自动/半自动就地测斜仪系统取代现有的手动测量地面运动的做法。开发了许多用于监测地面运动的自动化电气系统。然而，这些系统存在例如防水、信号漂移、长期可靠性等需要解决的问题。此外，大多数电传感器是非分布式的，因此无法进行多路复用。再则，测斜仪站点可能需要在深度为30m-40m的钻孔中的常规深度处垂直布置50多个传感器。因此，将有超过50条数据线从钻孔中出来，这使得这种系统非常不切实际。
近年来，基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating，FBG)的测斜仪/倾斜传感器日益普及。在土体变形监测领域，已经开发了几种基于FBG的测斜仪。在这样一种开发中，刚性管道与弹性接头串联连接。通过在弹性接头中嵌入FBG来测量每一个接头的弯曲角度，以计算土体位移。在另一个开发中，还基于光束理论(beam theory)开发了光纤地面监测系统(测斜仪)。将一系列FBG安置在柔性塑料管道的外表面上。使用简单的光束理论来计算沿着测斜仪套管的地面/土体位移的分布。在又一开发中，开发了一种类似的使用铝制套管而不是柔性管道的斜坡监测系统。在这种情况下，测斜仪分为三段以增加FBG的使用寿命。只有在已知初始边界条件的情况下，所提出的方法才有效。然而，在实际情况下不可能知道确切的边界条件。在另一个开发中，测斜仪配置由测斜仪套管和一系列连接的柔性管道组成，每个柔性管道具有嵌在该柔性管道的相对侧的两个FBG。此外，US 7,388,190B2公开了一种基于FBG的测斜仪系统以监测地面位移，该测斜仪系统使用分段配置，该分段配置由形成双铰接FBG分段挠度计的柔性管和刚性段组成。对于现场安装，挠度计的多个段串联连接。然而，挠度计的配置和挠度计的组装非常复杂。
尽管所有上述测斜仪系统都提供了某种形式的自动化或实时监测能力，但为了维持测斜仪的方向垂直于预期的土体在其高度上运动或变形的方向，所有上述测斜仪系统均沿各自的测斜仪套管壁安装。因此，在这些系统中，必须假设测斜仪套管在安装到钻孔中时完全不扭曲。然而，在实际安装中，测斜仪套管在安装过程中总是扭曲的，在某些情况下，这种扭曲或螺旋可能高达10°。测斜仪套管的扭曲随深度而变化，因此，为了抵消上述常规方法在土体位移计算过程中的扭曲的影响，需要进行校正。然而，在目前已知的测斜仪系统(基于FBG的或其他的)的情况下，甚至还没有考虑过这种扭曲/螺旋校正。由于这种测斜仪系统的精确度取决于安装测斜仪套管的精确度(无扭曲)如何，因此通过这些已知方法获得的土体位移廓线可能不是非常精确。此外，测斜仪套管的安装本身是非常昂贵且耗费劳动力的。
另一方面，可以使用各种仪器来测量垂直土体位移/运动，例如精密的水准塞(levelling plugs)、水准板(levelling plugs)和水准尺(levelling rods)、沉降探头和引伸计。引伸计是重要的岩土仪器，其应用包括监测基坑、地基、路堤和隧道等中的垂直位移/运动。引伸计可用于测量沿着钻孔轴线的土壤体内的在不同深度处的土体位移(沉降/起伏)。
目前，传统的引伸计有两种主要类型，即杆式引伸计和磁力引伸计。杆式引伸计通过测量底锚和标准管之间的相对运动来运作。底锚锚定至周围的土体，并随土体一起运动。该运动通过刻度计读取。杆式引伸计的局限性在于它是一种测量范围有限(通常为50mm至100mm)的昂贵的单元。此外，在钻孔中只能安装3-4个杆，从而将沿着钻孔的测量点的数量限制为3-4个。在某些情况下，钻孔的深度可能为50m-60m，并且沿着钻孔的整个深度都需要更多的测量点(例如6-8个点)。
对于磁力引伸计，蛛形磁体(例如带有蛛形腿的磁体)安装在外部的不同深度处，但沿着钻孔管道安装。蛛形腿锚定至土体。通过将探头放入到钻孔中就可以知道这些蛛形磁体的位置，因此可以测量土体运动。磁力引伸计并不昂贵，并且提供了良好的测量范围(通常约为100mm)。然而，磁力引伸计的操作是耗费人力且费时的。使用磁力引伸计也不可能对土体运动进行自动的和实时的连续监控。
随着基于光纤布拉格光栅(FBG)的传感器日益普及，最近已经开发了几种基于光纤传感器的引伸计。在一个这种开发中，监测填土分层沉降的基于FBG的监测系统由分布式FBG传感系统组成，该系统具有10个分开的监测单元，以监测高度为30m的填土。每个单元具有计量器和FBG位移计。这些单元的测量范围是150mm。然而，将这种单元沿着钻孔进行多路复用以在不同深度进行沉降监测是不可能的。在另一个开发中，开发了一种用于在两个相邻建筑物之间的相对运动的基于FBG的远程引伸计。但是，这需要识别出两个分立的运动体，这在土体监测中是不可能的。
因此，需要一种更可靠和更有效的土体位移测量装置。
发明内容
根据各个实施方式，提供一种土体位移测量装置。该土体位移测量装置可以包括圆柱形中空壳体。该土体位移测量装置还可以包括外环磁体，该外环磁体以使得圆柱形中空壳体穿过该外环磁体的中心空腔插入的方式可滑动地布置在圆柱形中空壳体的外表面上。土体位移测量装置还可以包括内磁体，该内磁体设置在圆柱形中空壳体内。土体位移测量装置还可以包括悬置组件，该悬置组件使内磁体相对于圆柱形中空壳体保持，以便内磁体悬置在圆柱形中空壳体的内部空间内。土体位移测量装置还可以包括应变测量元件，该应变测量元件被提供至悬置组件的区域。根据各个实施方式，外环磁体与圆柱形中空壳体之间沿着圆柱形中空壳体的纵轴的相对运动可以使外环磁体与内磁体共同作用，以使得外环磁体与内磁体之间的磁力在悬置组件的区域处改变相应的应变。此外，可以通过应变测量元件来检测应变的变化，以作为外环磁体沿着圆柱形中空壳体的纵轴的相对位移的量度。
根据各个实施方式，提供一种土体位移测量装置。该土体位移测量装置可以包括细长中空壳体，该细长中空壳体具有第一分隔件和第二分隔件，该第一分隔件和第二分隔件限定圆柱形中空壳体的闭合区段。该土体位移测量装置还可以包括悬置体，该悬置体具有关于穿过第一表面交叉点和第二表面交叉点之间的所述悬置体的主轴线具有圆对称的形状，并且悬置体设置在细长中空壳体内并悬置在第一分隔件和第二分隔件之间，第一表面交叉点指向第一分隔件，并且第二表面交叉点指向第二分隔件。该土体位移测量装置还可以包括第一悬置线段，该第一悬置线段从悬置体的第一表面交叉点朝向细长中空壳体的第一分隔件的中心延伸。该土体位移测量装置还可以包括第二悬置线段，该第二悬置线段从悬置体的第二表面交叉点朝向细长中空壳体的第二分隔件的中心延伸。该土体位移测量装置还可以包括应变测量元件，该应变测量元件沿着第二悬置线段设置。根据各个实施方式，第一悬置线段的长度与第二悬置线段的长度之比可以等于或大于1。
附图说明
附图中，相似的附图标记通常指代贯穿不同视图中的相同部件。附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在说明本申请的原理上。在以下说明中，将参照以下附图描述各个实施方式，其中：
图1示出了根据各个实施方式的配置为测斜仪的土体位移测量装置的示意图；
图2(a)和图2(b)示出了根据各个实施方式的具有连接固定件的图1的土体位移测量装置；
图2(c)示出了根据各个实施方式的细长连接构件；
图2(d)示出了根据各个实施方式的两个图1的土体位移测量装置连接在一起以形成土体位移测量系统；
图3示出了展示实验结果与模拟结果之间的对比的曲线图；
图4示出了展示当在图1的土体位移测量装置的上半部使用具有不同拉伸强度的材料(光纤，16.5GPa；铝线，69GPa；钢丝，117GPa)时模拟结果之间的对比的曲线图；
图5示出了展示悬挂纤维的上半部和下半部的长度比(l1/l2)不同的图1的土体位移测量装置的模拟响应的曲线图；
图6示出了三个相同的填充水的图1的土体位移测量装置的照片；
图7示出了图6的所有三个相同单元的校准测试结果；
图8(a)示出了根据各个实施方式的图6的三个相同的土体位移测量装置形成土体位移测量系统的示意图；
图8(b)示出了图8(a)的实际的土体位移测量系统实验装置的照片；
图9(a)示出了施加在图8(a)的土体位移测量系统的顶部上的力；
图9(b)示出了图9(a)的预期弯曲廓线；
图9(c)示出了展示图9(a)的土体位移测量系统的实际弯曲廓线和实验弯曲廓线之间的对比的曲线图；
图10(a)示出了施加在固定在最低连接点的图8(a)的土体位移测量系统的顶部上的力；
图10(b)示出了图10(a)的预期弯曲廓线；
图10(c)示出了展示图10(a)的土体位移测量系统的实际弯曲廓线和实验弯曲廓线之间的对比的曲线图；
图11示出了根据各个实施方式的配置为测斜仪的图1的土体位移测量装置的示意图；
图12示出了根据各个实施方式的配置为引伸计的土体位移测量装置的示意图；
图13示出了根据各个实施方式的配置为引伸计的土体位移测量装置的示意图；
图14示出了展示图12的土体位移测量装置的给定厚度(d1)和内磁体的不同半径(R1)引起的应变的曲线图；
图15示出了展示图12的土体位移测量装置的给定半径(R1)和内磁体的不同厚度(2d1)引起的应变的曲线图；
图16示出了图12的土体位移测量装置的实验装置的照片1692；
图17示出了展示当外环磁体向下(更靠近内磁体)运动时引起的应变与图12的土体位移测量装置的磁体之间的轴向距离(z)的关系的实验结果、分析结果和模拟结果的曲线图；
图18示出了展示图13的土体位移测量装置的给定厚度(d1)和内磁体的不同半径(R1)引起的应变的曲线图；
图19示出了展示图13的土体位移测量装置的给定半径(R1)和内磁体的不同厚度(2d1)引起的应变的曲线图；
图20示出了图13的土体位移测量装置的实验装置的照片2092；
图21示出了展示当外环磁体向下(更靠近内磁体)运动时引起的应变与图13的土体位移测量装置的磁体之间的轴向距离(z)的关系的实验结果和模拟结果的曲线图；
图22示出了根据各个实施方式的图13的三个土体位移测量装置形成土体位移测量系统的照片；
图23示出了展示三个土体位移测量装置形成图22的土体位移测量系统的响应的曲线图；
图24示出了根据各个实施方式的单个土体位移测量装置的示意图，该单个土体位移测量装置可以由图1的土体位移测量装置(配置为测斜仪)与图13的土体位移测量装置(配置为引伸计)接合在一起组成；以及
图25示出了根据各个实施方式的图24的单个土体位移测量装置(配置为测斜仪和引伸计)经由形成柔性接头的连接构件与图1的土体位移测量装置(配置为测斜仪)连接，以形成土体位移测量系统的示意图。
具体实施方式
以下在设备的上下文中描述的实施方式对于相应的方法类似地有效，反之亦然。此外，将理解的是，以下描述的实施方式可以组合，例如，一个实施方式的一部分可以与另一实施方式的一部分组合。
应理解的是，术语“在……上”、“在……上方”、“顶部”、“底部”、“在……下面”、“侧面”、“背面”、“左侧”、“右侧”、“正面”、“横向”、“侧向”、“向上”、“向下”等，在以下描述中使用时，是为了方便并帮助理解相对位置或方向，而不是限制任何装置、或结构的方向或任何装置或结构的任何部分。另外，除非上下文另外明确指出，否则单数术语“一”、“一个”、和“该”包括复数形式。类似地，除非上下文另外明确指出，否则词汇“或”旨在包括“和”。
各个实施方式大体上涉及一种土体位移测量装置或一种用于测量土体位移的装置。各个实施方式还涉及一种土体位移测量系统，该土体位移测量系统包括两个或更多个依次串联布置或连接或接合的土体位移测量装置。根据各个实施方式，土体位移测量装置和/或土体位移测量系统可以配置为当其安装到地面时检测和/或测量和/或感测和/或确定相对于地面的水平/横向方向和/或垂直方向上的土体位移。根据各个实施方式，土体位移测量装置可以配置为降入到钻孔中并安装(或安置或灌浆或固定)到钻孔中。根据各个实施方式，土体位移测量装置可以配置为彼此连接或接合，以形成土体位移测量系统。根据各个实施方式，土体位移测量装置可以包括测斜仪和/或引伸计。根据各个实施方式，土体位移测量装置可以是就地或原地测斜仪和/或引伸计。根据各个实施方式，土体位移测量装置可以被配置用于实时监测在不同深度的土体位移。
根据各个实施方式，土体位移测量装置可以配置为测斜仪(或就地测斜仪)，该测斜仪可以是圆柱形的并且可以具有穿过圆柱体的中心(或沿着圆柱体的轴线)的光纤布拉格光栅(FBG)。或者换句话说，根据各个实施方式的测斜仪(或土体位移测量装置)关于感测元件(即，FBG)可以是对称的。因此，根据各个实施方式，测斜仪的响应可以独立于其扭曲/旋转(或不受任何由测斜仪的扭曲/旋转而引起的影响)。因此，根据各个实施方式的测斜仪纯粹地读取倾角或土体的位移。无需校正或额外的测量来抵消套管扭曲的影响。根据各个实施方式，可以通过柔性接头连接若干个这种测斜仪单元，并且整个系统可以降入并灌浆到钻孔中以监测土体运动或斜坡变形。根据各个实施方式，该安装不需要昂贵的为常规系统的必要部分的测斜仪套管。
根据各个实施方式，土体位移测量装置可以配置为测斜仪。例如，土体位移测量装置可以配置为在使用时检测和/或测量和/或感测和/或确定土体位移测量装置中的倾斜作为水平/横向土体位移的量度。在土体位移测量装置的各个实施方式中，测斜仪可以简单地配置，并且FBG传感器可以封闭在圆柱形腔室中，并因此很好地免受外界环境的影响。因此，一旦成功安装，就可以保证其长期性能。在土体位移测量装置的各个实施方式中，测斜仪可以配置为关于FBG对称，该FBG可以在圆柱体的轴线处，因此，系统的性能可以独立于其在安装期间可能经受的扭曲。因此，对于根据各个实施方式的土体位移测量装置，将不需要对测量的倾角进行校正。由于在土体位移测量装置的各个实施方式中，测斜仪配置为独立于扭曲，所以根本不需要昂贵的测斜仪套管，从而节省了资金和人力。根据土体位移测量装置的各个实施方式，可以通过将额外的FBG并入套管中使测斜仪配置为用于温度补偿。
根据各个实施方式，土体位移测量装置可以配置为引伸计。在土体位移测量装置的各个实施方式中，引伸计可以基于FBG传感器，并且可以配置用于钻孔应用。在土体位移测量装置的各个实施方式中，引伸计可利用两个永磁体之间的相互作用力。此外，引伸计可以能够以最少的人力参与对钻孔中不同深度处的土体沉降/起伏的实时监测。因此，土体位移测量装置可以配置为在使用时检测和/或测量和/或感测和/或确定两个永磁体之间的相互作用力，以作为垂直土体位移的量度。
在土体位移测量装置的各个实施方式中，基于FBG的引伸计可以提供实时的、连续的、半自动的土体沉降/起伏监测系统。在土体位移测量装置的各个实施方式中，引伸计可以简单地、坚固地且灵活地配置以用于钻孔应用。此外，根据土体位移测量装置的各个实施方式，可以将多个单元(例如，多于10个)连接在一起，并容易地将其安装在深钻孔(例如60m)中，以形成土体位移测量系统。因此，根据土体位移测量系统的各个实施方式的引伸计单元的数量不像杆式引伸计那样受到钻孔尺寸的限制。在土体位移测量装置的各个实施方式中，引伸计可以配置给出约60mm-100mm的测量范围，且分辨率小于1mm。根据土体位移测量装置的各个实施方式，引伸计可以配置为柔性的，以便允许通过改变装置中使用的磁体的尺寸来增加测量范围和分辨率。根据土体位移测量装置的各个实施方式，可以通过在引伸计套管中并入额外的FBG来进行温度补偿。
在土体位移测量装置的各个实施方式中，引伸计可以配置为简单且易于制造的。此外，根据土体位移测量装置的各个实施方式，可以将FBG传感器封闭在圆柱形腔室中，因此很好地免受外界环境的影响。因此，一旦成功安装，就可以预期其长期性能。在土体位移测量装置的各个实施方式中，与传统的杆式引伸计相比，磁体相互作用的采用可以扩大测量范围。在土体位移测量装置的各个实施方式中，引伸计可以配置为提供宽范围的自动测量。根据土体位移系统的各个实施方式，与传统的杆式引伸计系统不同，安装在钻孔中的单元的数量可以不限于仅仅3-4个单元。在土体位移测量装置的各个实施方式中，引伸计可以配置为能够以最小的人力在沿着钻孔的多个点处进行实时连续测量。
在土体位移测量装置的各个实施方式中，基于FBG的引伸计可以利用环形磁体和盘形磁体之间的相互作用力，该环形磁体和盘磁体可被均匀地磁化。环形磁体和盘形磁体可以彼此保持一定距离，并且由另一磁体施加在一个磁体上的磁力取决于两个磁体之间的距离。因此，磁体之间的任何相对运动都可能引起磁体之间的轴向/径向磁力变化，这由FBG实现。
图1示出了根据各个实施方式的配置为测斜仪的土体位移测量装置100的示意图。如图1所示，在配置为测斜仪的土体位移测量装置100中，悬置线120(例如，光纤)可以在第一分隔件112和第二分隔件114(例如，顶板和底板)的帮助下穿过细长中空壳体110(例如，圆柱形套管)的轴线。用作悬置线120的光纤可以在其中点处携带对称的质量体(或悬置体130)，并且可以将FBG(用作应变测量元件140)写在悬置线120的下部(即，在质量体下方)。由于光纤的FBG部分可能相对较弱，所以可以将作为应变测量元件140的FBG保持在悬置线120的下部中，以避免由于悬挂质量体的重量而在FBG中施加拉伸应变。根据各个实施方式，可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)圆柱体(或圆柱形套管)的细长中空壳体110的直径和高度可以分别为70mm和400mm，以使其适于钻孔安装。根据各个实施方式，顶板(用作第一分隔件112)可以搁置在支撑中空盘(或环形壁架)上，该支撑中空盘可以具有小于顶板的直径的内径。根据各个实施方式，可以通过纤维套和环氧胶将光纤(用作悬置线120)固定在顶板和底板(即第一分隔件112和第二分隔件114)的中心孔中。根据各个实施方式，在固定光纤的顶端和底端的同时，可以在光纤(用作悬置线120)中保持小的预张力。
当土体位移测量装置100(配置为测斜仪)垂直地垂直定向时，FBG(用作应变测量元件140)可能经历小的拉伸应变，一旦土体位移测量装置100从垂直方向倾斜，拉伸应变就开始增加。在倾斜时，悬置体130可以开始在一侧上拉动FBG(或应变测量元件140)，并且该拉动可与倾角的增加一致地增加。倾斜越大，拉力就越大，应变也越大。通过知道FBG(或应变测量元件140)中的应变，可以在特定的时刻计算倾角。可以进行数学建模以对测斜仪(或土体位移测量装置100)的响应进行校准和验证。根据各个实施方式，光纤的顶端/底端可以连接至FBG询问器，以监测应变的变化。
可以通过通常为30m-40m深的钻孔对不同土床的运动进行检测来监测土体运动。因此，就地测斜仪系统(或土体位移测量系统)必须具有该高度，以便安装在这种钻孔中。对于深达30m的钻孔，可能需要至少30个点以监测沿着整个深度的土体剖面。根据各个实施方式，如图1所示的配置为测斜仪单元的土体位移测量装置100可以长约40cm。因此，可能需要连接多个单元以形成土体位移测量系统。根据各个实施方式，两个单元之间的连接必须是柔性的，以允许所连接的测斜仪单元跟随土体的运动。土体位移测量系统(或测斜仪系统)中的每一个个体单元实际上都可以是一个测量点。在单个时间点，可以知道所有这些点的倾角，因此，可以绘制该特定时间的土体位移廓线。
图2(d)示出了连接在一起的两个土体位移测量装置。图2(a)示出了具有连接固定件250的第一土体位移测量装置100a，图2(b)示出了具有连接固定件250的第二土体位移测量装置100b，以及图2(c)示出了细长连接构件260。因此，图2(a)至图2(d)描绘了用于制作全长就地测斜仪系统(或土体位移测量系统)的个体单元(或个体装置)之间的连接方案。图2(a)和图2(b)示出了要连接的两个相同的土体位移测量装置100a、100b(或测斜仪单元)。如图所示，两个连接固定件250可以胶粘在每个土体位移测量装置100a、100b(或每个测斜仪单元)的两端附近。这些连接固定件250可以各自具有三个凹槽252。根据各个实施方式，土体位移测量装置100a、100b(或测斜仪单元)可以使用细长连接构件260(例如，为弯曲的尼龙带形式)彼此连接，如图2(c)所示。根据各个实施方式，细长连接构件260可具有弯曲的横截面剖面。因此，细长连接构件260(或弯曲带)的弯曲的横截面剖面的内半径可以保持为等于细长中空壳体110(例如，为PMMA圆柱体的形式)的外径，以使细长连接构件260(或弯曲带)的内表面与细长中空壳体110(或圆柱体)的外表面匹配。连接固定件250的厚度和细长连接构件260(或带)的厚度可以是相同的(例如，约4mm)。而且，每个连接固定件250的每个凹槽252的宽度和细长连接构件260(或带)的宽度可以保持相同，使得细长连接构件260(或带)可以装入各自的凹槽252中。根据各个实施方式，如图2(d)所示，可以将相同长度(例如，每个约50cm)的三个细长连接构件260(或带)固定至第一土体位移测量装置100a(或一个测斜仪单元)的连接固定件250的三个凹槽252中，并且可以将相同的细长连接构件260(或带)的另一端固定至第二土体位移测量装置100b(或另一测斜仪单元)的连接固定件250的三个凹槽252中。因此，三个细长连接构件260可以连接两个土体位移测量装置100a、100b(或两个测斜仪单元)。如图2(a)和图2(b)所示，根据各个实施方式，每个土体位移测量装置100a、100b的细长中空壳体110可具有约400mm的长度和约70mm的直径。此外，每个连接固定件250可以置于距细长中空壳体110的各个端50mm至100mm之间。每个连接固定件250可具有约50mm的轴向长度。根据各个实施方式，细长连接构件260可以由尼龙制成。因此，细长连接构件260可以是柔性的。根据各个实施方式，用作细长连接构件260的尼龙带的接头可以是柔性的，并且可以根据所施加的力而弯曲。根据各个实施方式，可以3D打印(三维打印)连接固定件250和细长连接构件(或尼龙带)。连接固定件250中的细长连接构件(或连接带)和凹槽252的数量可以根据应用而变化。根据各个实施方式，每个土体位移测量装置100a、100b(或测斜仪单元)可以包括一个FBG，并且从每一个单元出来的光纤可以串联拼接在一起，以仅从一个光纤接收光信号。
根据各个实施方式，土体位移测量装置100(或测斜仪单元)可以制成防水的。根据各个实施方式，假设将需要多个单元连接在一起的土体位移测量系统(或全尺寸测斜仪)安装在可能已经填充有水的钻孔中。因此，各土体位移测量装置100(或测斜仪)在被安装到钻孔中时可能经受强的浮力。通过在安装前在每一个土体位移测量装置100(或测斜仪单元)中填充水，可以将浮力几乎降低到零。相应地，这可能使各单元变重，从而使得各单元易于被推入钻孔。
回到图1，根据各个实施方式，提供了一种土体位移测量装置100。土体位移测量装置100可以配置为测斜仪，使得当其垂直安装到地面中时，测斜仪中的倾斜度的测量可以是地面中水平/横向土体位移的量度。如图所示，土体位移测量装置100可以包括细长中空壳体110。细长中空壳体110可以具有中空的圆柱形状。根据各个实施方式，细长中空壳体110可以包括刚性管道或刚性中空圆柱体。因此，细长中空壳体110可以是刚性的，使得土体的水平/横向位移可以使细长中空壳体110倾斜而不垂直，而不是像在柔性壳体中那样使细长中空壳体110弯曲。根据各个实施方式，细长中空壳体110可以具有第一分隔件112和第二分隔件114，第一分隔件112和第二分隔件114限定了细长中空壳体110的闭合区段。因此，第一分隔件112可以形成第一闭合基座，以及第二分隔件114可以形成第二闭合基座，以这样的方式使得第一分隔件112和第二分隔件114之间所封闭的空间的体积形成细长中空壳体110的闭合区段。
根据各个实施方式，土体位移测量装置100可以包括悬置体130。悬置体130可以设置在细长中空壳体110内。因此，悬置体130可以悬置在细长中空壳体110中的封闭的空间体积内。根据各个实施方式，悬置体130可以具有关于主轴线呈圆形对称的形状，该主轴线在第一表面交叉点132和第二表面交叉点134穿过悬置体130。因此，悬置体130在绕主轴线旋转时可以具有连续的对称性。根据各个实施方式，悬置体130可以包括圆柱体、球状体、圆锥体、双锥体(double-cone/bi-cone)或任何其他合适的形状。此外，悬置体130的第一表面交叉点132和第二表面交叉点134可以是主轴线与悬置体130的外部相交的点。根据各个实施方式，悬置体130可以悬置在第一分隔件112和第二分隔件114之间，其中第一表面交叉点132指向第一分隔件112，并且第二表面交叉点134指向第二分隔件114。根据各个实施方式，当土体位移测量装置100处于垂直方向时，悬置体130的主轴线可以与细长中空壳体110的纵轴对齐。
根据各个实施方式，土体位移测量装置100可以包括第一悬置线段122，第一悬置线段122从悬置体130的第一表面交叉点132朝向细长中空壳体110的第一分隔件112的中心113延伸。根据各个实施方式，第一悬置线段122的一端可以直接连接或接合或耦合或固定至悬置体130的第一表面交叉点132，以及第一悬置线段122的另一端可以直接连接或接合或耦合或固定至细长中空壳体110的第一分隔件112的中心。根据各个实施方式，土体位移测量装置100可以包括第二悬置线段124，第二悬置线段122从悬置体130的第二表面交叉点134朝向细长中空壳体110的第二分隔件114的中心延伸。根据各个实施方式，第二悬置线段124的一端可以直接连接或接合或耦合或固定至悬置体130的第二表面交叉点134，以及第一悬置线段124的另一端可以直接连接或接合或耦合或固定至细长中空壳体110的第二分隔件114的中心。根据各个实施方式，悬置体130可以横跨第一悬置线段122和第二悬置线段124的纵向方向(或纵向地)悬置在细长中空壳体110内部。根据各个实施方式，应变测量元件140可以沿着第二悬置线段122设置。根据各个实施方式，应变测量元件140可以配置为测量第二悬置管线段124经受的应变。根据各个实施方式，应变测量元件140可以包括光纤布拉格光栅(FBG)。
根据各个实施方式，第一悬置线段122的长度与第二悬置线段124的长度之比可以等于或大于1。因此，第一悬置线段122的长度可以等于或大于第二悬置线段124的长度。在这种配置中，土体位移测量装置100可以更加灵敏并具有更好的响应。
根据各个实施方式，第一悬置线段122和第二悬置线段124可以被预张紧。因此，第一悬置线段122和第二悬置线段124可以用张力预加载以维持第一悬置线段122、第二悬置线段124和悬置体130的主轴线沿着细长中空壳体110的纵轴。
根据各个实施方式，可以通过粘合剂使第一悬置线段122和第二悬置线段124固定至各自的第一表面交叉点132和第二表面交叉点134。根据各个实施方式，可以通过粘合剂使第一悬置线段122和第二悬置线段124固定至第一分隔件112和第二分隔件114的各自的中心。粘合剂可以包括胶或环氧胶。
根据各个实施方式，可以提供保护套以围绕第一悬置线段122和第二悬置线段124的每个固定端。因此，可以在第一悬置线段122的附接或固定或耦合或连接至悬置体130的第一表面交叉点132的一端提供保护套。也可以在第一悬置线段122的附接或固定或耦合或连接至第一分隔件112的中心的另一端提供保护套。类似地，可以在第二悬置线段124的附接或固定或耦合或连接至悬置体130的第二表面交叉点134的一端提供保护套，以及也可以在第二悬置线段124的附接或固定或耦合或连接至第二分隔件114的中心的另一端提供保护套。
根据各个实施方式，土体位移测量装置100可以包括单根光纤，该单根光纤从细长中空壳体110的第一分隔件112的中心延伸至悬置体130的第一表面交叉点132，穿过悬置体130，并且从悬置体130的第二表面交叉点134延伸至细长中空壳体110的第二分隔件114的中心。因此，第一悬置线段122可以是单根光纤在细长中空壳体110的第一分隔件112和悬置体130的第一表面相交点132之间的一段。此外，第二悬置线段124可以是单根光纤的在悬置体130的第二表面交叉点134与细长中空壳体110的第二分隔件114之间的一段。根据各个实施方式，以FBG形式的应变测量元件140可以是沿着第二悬置线段124的单根光纤的一部分。
根据各种其他的实施方式，第一悬置线段122可以包括金属线。金属线可以包括铝线或钢丝。此外，第二悬置线段124可以包括光纤。根据各个实施方式，以FBG形式的应变测量元件140可以是沿着第二悬置线段124的光纤的一部分。
根据各个实施方式，土体位移测量装置100的细长中空壳体110可以填充有流体介质。根据各个实施方式，流体介质可以包含在形成细长中空壳体110的闭合区段的第一分隔件112和第二分隔件114之间所封闭的空间体积内。流体介质可以包括液体，例如水。流体介质可以减少第一悬置线段122和第二悬置线段124中的摇动/振动。因此，当第一悬置线段122和/或第二悬置线段124是光纤时，流体介质可以减少由用作悬挂质量体的悬置体130引起的振动或摇动而导致的光纤断裂的风险。此外，流体介质可增加土体位移测量装置100的重量，这可以使得更容易地安装到钻孔中。
参照图2(a)至图2(d)，根据各个实施方式，土体位移测量装置100可以包括：第一连接固定件250a，第一连接固定件250a在第一端部116处设置在细长中空壳体110的外部；以及第二连接固定件250b，第二连接固定件250b在第二端部118处设置在细长中空壳体110的外部。根据各个实施方式，第一连接固定件250a和第二连接固定件250b中的每个可以配置为与柔性的细长连接构件260连接。
如图所示，根据各个实施方式，第一连接固定件250a和第二连接固定件250b中的每个可以包括三个或更多个附接元件252。每个附接元件252可以配置为与柔性的细长连接构件260互锁。根据各个实施方式，附接元件252可以是配置为容纳柔性的细长连接构件260的一端并与柔性的细长连接构件260的一端互锁的凹槽。
参照图2(d)，根据各个实施方式，土体位移测量系统201可以包括如上所述的至少两个土体位移测量装置100。至少两个土体位移测量装置100可以通过三个或更多个柔性的细长连接构件260互连。三个或更多个柔性的细长连接构件260中的每个可以具有与至少两个土体位移测量装置100中的一个土体位移测量装置100的附接元件互锁的第一端，和与至少两个土体位移测量装置中的另一个土体位移测量装置100的附接元件互锁的第二端。因此，土体位移测量系统201可以包括多个土体位移测量装置100，该多个土体位移测量装置100依次串联接合或连接，以形成一连串的用于插入和/或安装到钻孔中的土体位移测量装置100。
下面讨论基于图1的土体位移测量装置100进行的实验/分析以及并从实验/分析中得到结果。
在校准和检查图1的土体位移测量装置100的性能的实验中，将一个实心钢圆柱体(用作悬置体130；直径＝39mm，高度＝20mm)悬置穿过光纤(用作第一悬置线段122和第二悬置线段124)。用作细长中空壳体110的测斜管(PMMA)的外径和内径分别为70mm和66mm。通过光纤保护套使光纤粘合到顶板(即第一分隔件112)、底板(即第二分隔件114)和悬锤(即悬置体130)上。FBG(即应变测量元件140)在光纤(即悬置线120)的下部(即第二悬置线段124)中。测斜仪(即土体位移测量装置100)最初是垂直的，然后在光纤的下部施加小的张力。钢体的重量为1.76N。通过顶板上的孔将水(即流体介质)倒入管中，直到管充满。水减少了由悬锤导致的光纤中的振动/摇动。极端振动可能会破坏FBG处的光纤，因为光纤在FBG点处相对较弱。此外，水使测斜仪单元变重，因此，可能更容易将该测斜仪向下推至钻孔进入水泥浆中。在水中钢体有效重量为1.53N。然后将测斜仪单元沿着一个方向缓慢倾斜，并记录FBG中增加的应变。将测斜仪单元旋转90°，然后再次倾斜，并记录FBG中增加的应变。基于光纤中的张力并基于光纤中的弹力，使用数学建模和分析来计算模拟数据点。从图3可以清楚地看出，实验结果和模拟结果匹配良好。图3示出了展示实验结果与模拟结果之间的对比的曲线图390。还可以观察到，旋转的影响正如预期的可以忽略不计。
在另一个实验中，对上部(即第一悬置线段122)中使用不同材料的图1的土体位移测量装置100的灵敏度进行比较。根据进行的实验，可以通过增加钢体(即悬置体130)的重量来增加测斜仪单元(即图1的土体位移测量装置100)的灵敏度，但是这可能会增加纤维中的张力，从而导致由摇动引起的纤维断裂的可能性。提高灵敏度的另一种方法是使用抗拉强度较高的悬挂线代替测斜仪的上半部(即第一悬置线段122)中的光纤，该光纤从顶部到悬挂钢体，同时保持钢体的有效重量不变(1.53N)。这可能导致上部金属线的应变较低，而下面的光纤(即第二悬置线段124)处的FBG中的应变较高。当在测斜仪单元的上半部中使用例如铝线(69GPa)、钢丝(117GPa)之类的具有较高抗拉强度的材料时，模拟结果之间的对比如图4中的曲线图490所示。假设所有线的直径与光纤的直径(250μm)相同。因此，根据结果，可以根据应用的需求来配置测斜仪单元。
在另一个实验中，将具有不同的长度比(l1/l2)的图1的土体位移测量装置100的灵敏度进行比较，其中l1是第一悬置线段122的长度，l2是第二悬置线段124的长度。根据基于光纤中的弹性的数学建模和分析，悬挂纤维(即悬置线120)的上半部和下半部的长度(l1和l2)也确定了测斜仪单元(即土体位移测量装置100)的响应特性。图5示出了曲线图590，其展示了在各种长度比(l1＝10cm，l2＝25cm；l1＝25cm，l2＝25cm；l1＝50cm，l2＝25cm)下的测斜仪的模拟响应。如图所示，当比率l1/l2大于或等于1时，测斜仪的灵敏度更好。同样，对于比率l1/l2大于1时，测斜仪的响应在接近零的倾角处是更为线性的。
在进一步的实验中，对模拟的全尺寸钻孔测斜仪(例如，如图2(d)所示的土体位移测量系统201)的性能进行了研究。通常，为了安装测斜仪，钻孔深度为几十米。因此，必须连接多个这种测斜仪单元(例如，图1的土体位移测量装置100)以制成全长测斜仪(例如，如图2(d)所示的土体位移测量系统201)。如前所述，任何两个测斜仪单元之间的连接必须是灵活的，以便全长测斜仪可以连续监测土体剖面。
在该实验中，准备了三个相同的测斜仪单元600a、600b、600c(参见图6，该图示出了三个相同的填充水的图1的土体位移测量装置的照片692)，以研究其在较小范围内彼此连接时的性能。通常应该将全尺寸测斜仪安装在已经填充水的钻孔中。因此，在将测斜仪安装到钻孔中时，将会经受强的浮力。通过在安装前在每一个测斜仪单元(例如，图1的土体位移测量装置100)中填充水，可以使该浮力显著减小(几乎至零)。这可能使单个单元变重，以使其可以易于被推入钻孔。填充水可能不会以任何方式改变每个单元的工作原理，但可能会稍微降低该单元的灵敏度。发生这种灵敏度降低的原因是，在测斜仪里面的钢体(即悬置体130)的有效重量可能会随着浸入水中而减小。因此，在实验中，可以通过顶板上的孔将这三个单元填充水，然后将这些孔密封。除了钢体的重量外，所有尺寸均保持与先前相同。在所有单元的情况下，钢体的重量为1.45N。由于钢体浸入水中，其有效重量为1.42N。对所有三个单元进行校准，并将结果在图7的曲线图790中示出。尽管该三个单元是相同的，但是它们的特征彼此之间略有不同。存在这些差异是因为这些单元是在实验室中手动组装的。为了获得更高的精度，将倾角和FBG读取的应变线性拟合。对于每个测斜仪单元，倾角(θ)和FBG中的应变(με)之间的线性关系也示出在图7的曲线图790中。可以随时使用FBG(即应变测量元件140)中的应变值来计算倾角。所有这些测斜仪单元的分辨率差不多都是相同的。为了达到该角度分辨率，FBG询问器系统必须具有1pm的峰值波长分辨率。
在图8(a)中示出了连接的测斜仪单元600a、600b、600c形成测斜仪801a(即土体位移测量系统)的示意图，所有距离也在图8(a)中示出。用于实验的实际的测斜仪801b的照片892在图8(b)中示出。将连接的测斜仪装置植入装有土体的容器中。确保测斜仪的底部是固定的并且容器完全不动。此外，如图9(a)所示，在测斜仪801的顶部805上施加力以使其朝一个方向弯曲。由于测斜仪的连接是柔性的，所以测斜仪的预期的弯曲廓线994在图9(b)中示出。记录弯曲位置中每个点的实际位移值。还记录了所有三个测斜仪单元中来自FBG的应变值，并使用这些应变值计算倾角(θ1、θ2和θ3)，从而计算位移(x1、x2和x3)。沿着测斜仪的高度的实际位移廓线和实验位移廓线在图9(c)的曲线图990中示出。如图9(c)所示，存在两条廓线，一条廓线对应于较弱的力，另一条廓线对应于相对较强的力。如图所示，实验位移值非常接近实际位移值，并且廓线非常匹配。
在另一个实验中，如图10(a)所示，将测斜仪1001夹紧并固定在最低下的测斜仪单元的连接点1003上，并在测斜仪1001的顶部1005上施加力。在这种情况下，最低下的测斜仪单元不应该运动，并且预期的弯曲廓线1094在图10(b)中示出。实际位移廓线和实验位移廓线在图10(c)的曲线图1090中示出。同样，存在对应于两个力(一个力较弱，另一个力较强)的两条廓线。在这种情况下，实际位移曲线和实验位移曲线也匹配得很好。
根据各个实施方式，悬挂质量体(即，悬置体130)可以是对称体(例如，球体、圆柱体、圆锥体等)，并且光纤可以沿着悬置质量体的对称轴穿过该悬置质量体。然而，在进行的各种实验和分析中，选择了圆柱体，是因为对于相同体积的悬挂质量体，圆柱体形状可以使得角度测量范围最大化，而不会接触测斜仪单元(即图1的土体位移测量装置100)的圆柱形套管的壁。根据各个实施方式，悬挂质量体的材料可以是其他金属，例如铜或铅。
基于实验和分析，数学模型表明，在光纤的上半部(即第一悬置线段122)和下半部(即第二悬置线段124)中引起的应变差不多是相同的，这可能表明灵敏度可能与FBG位置无关。然而，在进行的各种实验和分析中，仅将FBG放置在下部纤维中是因为这避免了由悬挂质量体(即，悬置体130)而导致的FBG的不必要的静负载。
根据各个实施方式，将测斜仪(即，图1的土体位移测量装置100)的形状和直径选择为使其适合于钻孔安装。形状和尺寸可以根据应用进行修改。如前所述，当比率l1/l2大于或等于1时，测斜仪的灵敏度可能更好。同样，对于比率l1/l2大于1时，测斜仪的响应在接近零的倾角处可能是更为线性的。
根据各个实施方式，测斜仪(即，图1的土体位移测量装置100)之间的连接可以是柔性的，并且可以允许测斜仪系统(例如，土体位移测量系统)弯曲并呈土体剖面的形状。只要满足此要求，任何连接方法都可以采用。
根据各个实施方式，如所描绘的图1的土体位移测量装置100用作倾斜传感器或测斜仪。如图11所示，通过限制质量体(即悬置体130)在径向上的运动，同时允许其在轴向上运动，图1的土体位移测量装置100也可用作加速计。图11示出了根据各个实施方式的配置为测斜仪的土体位移测量装置1100的示意图。
各个实施方式提供了一种配置为基于FBG的就地测斜仪的土体位移测量装置和/或土体位移测量系统，其与常规的土体位移测量装置和/或土体位移测量系统相比是独立旋转的并且使用较少的人力。倾角测量的分辨率可以为0.006°，其对几乎所有的商业应用而言都是非常好的。重型建筑工地、隧道掘进、石油钻探、地质钻探和煤矿钻探等可以是各个实施方式的应用领域。
图12示出了根据各个实施方式的配置为引伸计的土体位移测量装置1200的示意图。如图12所示，在配置为引伸计的土体位移测量装置1200中，盘形磁体(用作内磁体1230)和环形磁体(用作外环磁体1270)可以如图12所示置于平行平面中。两个磁体可以是同心的并且沿着z方向被磁化(即，两个磁体的磁化方向可以是平行的或反平行的)。因此，在土体位移测量装置1200中，两个磁体可以沿着土体位移测量装置1200的纵向(或沿着土体位移测量装置1200的轴线)被磁化。根据各个实施方式，盘形磁体可以被悬置组件1220悬置。例如，如图12所示，盘形磁体可以用具有光纤布拉格光栅(FBG)(用作应变测量元件1240)的光纤悬挂。由于磁体是同心的，因此盘形磁体上的径向磁力(Fr)可能为零。因此，在任何径向方向上作用在盘形磁体上的合力可能为零或可忽略不计。另一方面，轴向磁力(Fz)可以是盘形磁体和环形磁体之间的轴向距离的函数。根据各个实施方式，当两个磁体相对于彼此运动时，两个共同作用的磁体之间的轴向磁力(Fz)可以随着两个磁体之间的轴向距离改变而改变。在图12中，由于盘形磁体被光纤悬置，所以两个相互作用的磁体之间的轴向磁力(Fz)的变化可能会引起光纤中应变的变化，这种应变的变化可以通过FBG来感测和/或测量和/或检测和/或确定。在使用中，环形磁体可以在蛛形腿(用作锚1272)的帮助下与土体一起固定或锚定在钻孔中的外部套管(例如细长中空壳体1210)上。当土体沉降/起伏时，环形磁体可以相应地沿着外部套管运动，而悬置在外部套管内部的盘形磁体可以在其初始或原始位置与外部套管一起保持停滞状态。因此，由于土体运动而引起的两个共同作用的磁体之间的相对运动可以改变两个磁体之间的轴向磁力(Fz)，以引起悬置盘形磁体的光纤中应变的变化，从而可以通过FBG来感测和/或测量和/或检测和/或确定应变的变化。
图13示出了根据各个实施方式的配置为引伸计的土体位移测量装置1300的示意图。如图13所示，在配置为引伸计的土体位移测量装置1300中，盘形磁体(用作内磁体1330)可以在y方向上被磁化，而环形磁体(用作外环磁体1370)可以在z方向上被磁化(即盘形磁体和环形磁体的磁化方向彼此垂直)。因此，在土体位移测量装置1300中，环形磁体可以沿着土体位移测量装置1300的纵向方向(或沿着土体位移测量装置1300的轴线)被磁化，而盘形磁体可以在垂直于土体位移测量装置1300的纵向方向(或土体位移测量装置1300的轴线)的方向上被磁化。根据各个实施方式，盘形磁体可以被悬置组件1320悬置。例如，如图13所示，盘形磁体可以附接至铝悬臂(悬臂可以在z-x平面中)的自由端，并且FBG感测元件(用作应变测量元件1340)可以粘合至悬臂的固定端。根据各个实施方式，在y方向(或在垂直于土体位移测量装置1300的纵向方向上)的两个共同作用的磁体之间的磁力可以是盘形磁体和环形磁体之间的轴向距离的函数。因此，当两个共同作用的磁体沿着土体位移测量装置1300的纵向方向(或沿着土体位移测量装置1300的轴线)朝着彼此相对地运动时，随着两个磁体靠近，盘形磁体可以被两个磁体之间的更强的磁力在y方向(或垂直于土体位移测量装置1300的轴线的方向)上被推动。因此，盘形磁体可沿着y轴拉动悬臂的自由端，随之进而在悬臂中引起应变，该应变可以由FBG感测元件来感测和/或测量和/或检测和/或确定。根据各个实施方式，环形磁体的轴线可以在x＝0，y＝0，并且盘形磁体可以在+y方向上移动和/或偏移，以便当需要具有更高的测量范围和/或分辨率时，在y方向上具有更强的磁力。因此，根据各个实施方式，环形磁体(或在土体中)的位置中沿着土体位移测量装置1300的纵向方向的任何垂直运动都可能改变可能引起悬臂的应变变化的两个共同作用的磁体之间的磁力，由此可以由FBG来感测和/或测量和/或检测和/或确定应变的变化。
回到图12和图13，根据各个实施方式，提供了一种土体位移测量装置1200、1300。土体位移测量装置1200、1300可以配置为引伸计，使得当其垂直安装到地面中时，该引伸计可以测量地面中的垂直土体位移。如图所示，土体位移测量装置1210、1300中的每个可以包括细长中空壳体1210、1310。根据各个实施方式，细长中空壳体1210、1310可以包括刚性管道或刚性中空圆柱体。因此，圆柱形中空壳体1210、1310可以是刚性的，以使得土体的水平/横向位移不会使圆柱形中空壳体1210、1310弯曲。
根据各个实施方式，土体位移测量装置1200、1300可以包括外环磁体1270、1370，外环形磁体1270、1370以使得圆柱形中空壳体1210、1310可以穿过外环磁体1270、1370的中心空腔插入的方式可滑动地布置在圆柱形中空壳体1210、1310的外表面1211、1311上。因此，外环磁体1270、1370可以置于圆柱形中空壳体1210、1310的外表面1211、1311上，而圆柱形中空壳体1210、1310放置在或穿过外环磁体1270、1370的中心空腔，使得外环形磁体1270、1370相对于圆柱形中空壳体1210、1310可移动，并与圆柱形中空壳体1210、1310的外表面1211、1311连续接触。
根据各个实施方式，土体位移测量装置1200、1300可以包括设置在圆柱形中空壳体1210、1310内的内磁体1230、1330。根据各个实施方式，土体位移测量装置1200、1300还可以包括悬置组件1220、1320，悬置组件1220、1320使内磁体1230、1330相对于圆柱形中空壳体1210、1310保持，以便内磁体1230、1330悬置在圆柱形中空壳体1210、1310的内部空间内。因此，圆柱形中空壳体1210可以限定内部空间，内磁体1230、1330可通过悬置组件1220、1320相对于圆柱形中空壳体1210保持悬置在该内部空间中。因此，悬置组件1220、1320的一部分可以固定至圆柱形中空壳体的一部分，并且悬置组件1220、1320的另一部分可以以下方式延伸到圆柱形中空壳体1210的内部空间中：悬置组件1220、1320的另一部分可以远离圆柱形中空壳体1210的壁，使得附接或耦合至悬置组件1220、1320的另一部分的内磁体1230、1330可以远离圆柱形中空壳体1210的壁被悬置或悬置。根据各个实施方式，内磁体1230、1330可以是盘形磁体、圆形磁体、圆柱体磁体、或环状磁体、或任何具有合适形状的其他磁体。
根据各个实施方式，土体位移测量装置1200、1300可以包括应变测量元件1240、1340，应变测量元件1240、1340提供至悬置组件1220、1320的区域。根据各个实施方式，悬置组件1220、1320的区域可以是其中悬置组件可能经历应变的区域，该应变可以通过应变测量元件1240、1340来感测和/或测量和/或检测和/或确定。根据各个实施方式，应变测量元件1240、1340可以包括光纤布拉格光栅(FBG)。
根据各个实施方式，外环磁体1270、1370与圆柱形中空壳体1210、1310之间沿着圆柱形中空壳体1210、1310的纵轴的相对运动可以使外环磁体1270、1370与内磁体1230、1330共同作用，以使得外环磁体1270、1370与内磁体1230、1330之间的磁力在悬置组件1220、1320的区域处改变相应的应变。例如，当外环磁体1270、1370沿着圆柱形中空壳体1210、1310朝向内磁体1230、1330运动时，使得外环磁体1270、1370与内磁体1230、1330之间的轴向距离变得更短且更近时，或远离内磁体1230、1330，使得外环磁体1270、1370与内磁体1230、1330之间的轴向距离变得更长或更远时，根据各磁体的各自的磁化方向，共同作用的外环磁体1270、1370与内磁体1230、1330之间的磁力(即磁斥力或磁引力)可以改变(即增大以变得更强或减小以变得更弱)。外环磁体1270、1370和内磁体1230、1330之间的磁力的变化可能引入和/或改变由内磁体1230、1330施加至悬置组件1220、1320的合力(即，增大以变得更强或减小以变得更弱)，并且具有使悬置组件1220、1320的区域拉动和/或拉伸和/或变形的趋势，使得具有应变测量元件1240、1340的悬置组件1220、1320的区域可能经受应变或应变变化。因此，可以转化为外环磁体1270、1370与内磁体1230、1330之间的在圆柱形中空壳体1210、1310的轴向上的相对运动的外环磁体1270、1370与圆柱形中空壳体1210、1310之间沿着圆柱形中空壳体1210、1310的纵轴的相对运动，可能导致悬置组件1220、1320的区域经受相应的应变变化，该应变变化可以由应变测量元件1240、1340来感测和/或测量和/或检测和/或确定。
根据各个实施方式，可以通过应变测量元件1240、1340来检测应变变化，以作为外环磁体1270、1370沿着圆柱形中空壳体1210、1310的纵轴的相对位移的量度。因此，由应变测量元件1240、1340感测和/或测量和/或检测和/或确定的应变可用于转换成和/或计算和/或确定和/或推导外环磁体1270、1370相对于圆柱形中空壳体1210、1310的位移。当使用土体位移测量装置1200、1300时，那么外环磁体1270、1370的位移可以是垂直土体位移的量度。
根据各个实施方式，土体位移测量装置1200、1300还可以包括一个或多个锚1272、1372，一个或多个锚1272、1372以使得一个或多个锚1272、1372从圆柱形中空壳体1210、1310突出以使外环磁体1270、1370锚定到外部介质的方式耦合至外环磁体1270、1370。外部介质可以是土体在地面中的沉降层，土体位移测量装置1200、1300可以安装在地面中的沉降层中。根据各个实施方式，一个或多个锚1272、1372可以沿着外环磁体1270、1370的圆周分布，并且可以配置为远离圆柱形中空壳体1210、1310径向向外锚定。一个或多个锚1271、1372可以是可以穿入和/或刺入和/或沉入和/或压入土体中的蛛形腿型突起、爪型突起、颚型突起、钩型突起或其他合适的突起。
回到图12，根据各个实施方式，细长中空壳体1210可以具有第一分隔件1212和第二分隔件1214，第一分隔件112和第二分隔件114限定了圆柱形中空壳体1210的闭合区段。因此，第一分隔件1212可以形成第一闭合基座，以及第二分隔件1214可以形成第二闭合基座，以这样的方式使得第一分隔件1212和第二分隔件1214之间所封闭的空间的体积形成圆柱形中空壳体1210的闭合区段。
根据各个实施方式，内磁体1230可以被悬置，内磁体1230的第一平面1232指向圆柱形中空壳体1210的第一分隔件1212，以及内磁体1230的第二平面1234指向圆柱形中空壳体1210的第二分隔件1214。第一平面1232可以与第二平面1234相对。因此，内磁体1230可以与圆柱形中空壳体1210对齐，使得内磁体1230的第一平面1232和第二平面1234各自面对圆柱形中空壳体1210的第一分隔件1212和第二分隔件1214。根据各个实施方式，当土体位移测量装置1200处于垂直方向时，内磁体1230的对称轴可以与圆柱形中空壳体1210的纵轴对齐。
根据各个实施方式，悬置组件1220可以包括第一悬置线段1222，第一悬置线段1222在内磁体1230的第一平面1232的中心与圆柱形中空壳体1210的第一分隔件1212的中心之间沿着圆柱形中空壳体1210的纵轴延伸。根据各个实施方式，第一悬置线段1222的一端可以直接连接或接合或耦合或固定至内磁体1230的第一平面1232的中心，以及第一悬置线段1222的另一端可以直接连接或接合或耦合或固定至圆柱形中空壳体1210的第一分隔件1212的中心。根据各个实施方式，悬置组件1220还可以包括第二悬置线段1224，第二悬置线段1224在内磁体1230的第二平面1232的中心与圆柱形中空壳体1210的第二分隔件1214的中心之间沿着圆柱形中空壳体1210的纵轴延伸。根据各个实施方式，第二悬置线段1224的一端可以直接连接或接合或耦合或固定至内磁体1230的第二平面1232的中心，以及第二悬置线段1224的另一端可以直接连接或接合或耦合或固定至细长中空壳体1210的第二分隔件1214的中心。根据各个实施方式，内磁体1230可以横跨第一悬置线段1222和第二悬置线段1224的纵向方向(或纵向地)悬置在圆柱形中空壳体1210内部。根据各个实施方式，应变测量元件1240可以沿着第一悬置线段1222设置。根据各个实施方式，应变测量元件1240可以配置为测量第一悬置线段1222经受的应变。
根据各个实施方式，内磁体1230和外环磁体1270可以被磁化，使得各自的磁化方向相对于彼此是平行或反平行的。因此，内磁体1230和外环磁体1270可以在圆柱形中空壳体1210的纵向方向上(或沿着纵轴)被磁化。在外环磁体1270在圆柱形中空壳体1210的外部和内磁体1230在圆柱形中空壳体1210的内部的情况下，内磁体1230和外环磁体1270可以处于同心布置。在这种同心布置中，内磁体1230上的径向磁力可以为零，使得在任何径向方向上作用于内磁体1230上的合力可以为零或可忽略不计。另一方面，两个共同作用的磁体1230、1270之间的轴向磁力(即轴向磁斥力或轴向磁引力)可以是内磁体1230与外环磁体1270之间的轴向距离的函数。根据各个实施方式，当两个磁体1230、1270相对于彼此运动时，两个共同作用的磁体1230、1270之间的轴向磁力可以随着两个磁体1230、1270之间的轴向距离改变而改变。在图12中，由于内磁体1230被第一悬置线段1222和第二悬置线段1224悬置，所以在外环磁体1270和内磁体1230之间的轴向磁力的变化可以引入和/或改变由内磁体1230、1330施加到第一悬置线段1222和第二悬置线段1224的轴向合力(即增加以变得更强或减小以变得更弱)。根据各个实施方式，第一悬置线段1222和第二悬置线段1224可以被预张紧。因此，第一悬置线段1222和第二悬置线段1224可以预加载有相应的初始轴向力。由于初始轴向力具有使相应的第一悬置线段1222和第二悬置线段1224拉动和/或拉伸和/或变形的趋势，因此第一悬置线段1222和第二悬置线段1224中的每个可能处于应力下。因此，轴向合力可以是由外环磁体1270和内磁体1230之间的轴向磁力的变化引起的初始轴向力的变化的结果(例如，通过加法或减法)。轴向合力可以相应地改变第一悬置线段1222和第二悬置线段1224所经受的应变。因此，两个共同作用的磁体1230、1270之间的轴向磁力的变化可以引起相应的第一悬置线段1222和第二悬置线段1224的应变变化，这可以由应变测量元件1240沿着第一悬置线段1222来感测和/或测量和/或检测和/或确定。因此，外环磁体1270与圆柱形中空壳体1210之间沿着圆柱形中空壳体1310的纵轴的相对运动可能导致两个磁体1230、1270之间的相对运动(这可以被转换为外环磁体1270与内磁体1230之间的沿着圆柱形中空壳体1210的轴向方向的相对运动)可以改变两个共同作用的磁体1230、1270之间的磁力，以引起相应的第一悬置线段1222和悬置内磁体1230的第二悬置线段1224的应变变化，由此应变的变化可以由应变测量元件1240沿着第一悬置线段1222来感测和/或测量和/或检测和/或确定。
根据各个实施方式，第一悬置线段1222可以是光纤。因此，当应变测量元件1240是FBG时，FBG可以是光纤的一部分。
根据各个实施方式，可以提供保护套以围绕第一悬置线段1222和第二悬置线段1224的每个固定端。因此，可以在第一悬置线段1222的附接或固定或耦合或连接至悬置体1230的第一表面交叉点1232的一端提供保护套。也可以在第一悬置线段1222的附接或固定或耦合或连接至第一分隔件1212的中心的另一端提供保护套。类似地，可以在第二悬置线段1224的附接或固定或耦合或连接至内磁体1230的第二平面1234的一端提供保护套，以及也可以在第二悬置线段1224的附接或固定或耦合或连接至第二分隔件1214的中心的另一端提供保护套。
根据各个实施方式，土体位移测量装置1200还可以包括环形磁体壳体1680(参见图16)，该环形磁体壳体在中心具有空腔以容纳内磁体1230，其中，环形磁体壳体1680的外边界的尺寸可以设计为装入圆柱形中空壳体中。因此，磁体壳体1680可以防止内磁体1230朝着圆柱形中空壳体1210的内壁倒塌，以便维持内磁体1230沿着圆柱形中空壳体1210的轴线。
根据各个实施方式，土体位移测量装置1200的圆柱形中空壳体1210可以填充有流体介质。根据各个实施方式，流体介质可以包含在形成圆柱形中空壳体1210的闭合区段的第一分隔件1212和第二分隔件1214之间所封闭的空间体积内。流体介质可以包括液体，例如水。流体介质可以减少第一悬置线段1222和第二悬置线段1224中的摇动/振动。因此，当第一悬置线段1222和/或第二悬置线段1224是光纤时，流体介质可以减少由引起的振动或摇动而导致的光纤断裂的风险。此外，流体介质可增加土体位移测量装置1200的重量，这可以使得更容易地安装到钻孔中。
回到图13，根据各个实施方式，土体位移测量装置1300的悬置组件1320可以包括悬臂结构1321，悬臂结构1321平行于圆柱形中空壳体1310的纵轴对齐并且具有固定地耦合至圆柱形中空壳体的第一端部1323和第二自由端部1325。根据各个实施方式，悬臂结构1321可以与圆柱形中空壳体131的纵轴对齐。根据各种其他实施方式，悬臂结构1321可以从圆柱形中空壳体1310的纵轴横向地偏移。根据各个实施方式，悬臂结构1321的固定地耦合至圆柱形中空壳体的第一端部1323可以指向圆柱形中空壳体的一端。根据各个实施方式，可以将悬臂结构1321的第二自由端部1325引导至圆柱形中空壳体1310的内部空间的中间部分中。
根据各个实施方式，内磁体1330可以固定至悬臂结构1321的第二自由端部1325。因此，内磁体1330在悬臂结构1321的第二自由端部1324处施加的力可能引起悬臂结构1321的偏转。根据各个实施方式，应变测量元件1340可以附接至悬臂结构1321的第一端部1323。因此，当悬臂结构1321由于作用在第二自由端部1324上的力而偏转时，应变测量元件1340可以检测和/或感测和/或测量和/或确定悬臂结构1321的第一端部1323处的应变。
根据各个实施方式，悬置组件1320还可以包括呈圆形面板形式的固定地安置到圆柱形中空壳体1310的内壁的悬臂结构保持件1327。悬臂结构保持件1327可以朝向圆柱形中空壳体1310的一端安置。根据各个实施方式，悬臂结构保持件1327可以用作圆柱形中空壳体1310的第一分隔件。根据各个实施方式，呈圆形面板形式的悬臂结构保持件1327可以包括空腔，悬臂结构1321的第一端部1323可固定地装配到该空腔中。因此，一旦悬臂结构1321的第一端部1323装入悬臂结构保持件1327的空腔中，悬臂结构1321的第一端部1323就可以刚性地耦合至圆柱形中空壳体1310。
根据各个实施方式，可以使内磁体1330在内磁体1330的磁化方向可以是至少基本上垂直于圆柱形中空壳体1310的纵轴的方向上固定至悬臂结构1321的第二自由端部1323。因此，外环磁体1370可沿着圆柱形中空壳体1310的纵向方向(或沿着圆柱形中空壳体1310的轴线)被磁化，而内磁体1330可以沿着垂直于外环磁体1370的磁化方向的方向被磁化。根据各个实施方式，内磁体13330可以被悬臂结构1321悬置。根据各个实施方式，两个共同作用的磁体1330、1370之间在内磁体1330的磁化方向(或在垂直于圆柱形中空壳体1310的纵向方向的方向)上的磁力(即磁斥力或磁引力)可以是内磁体1330和外环磁体1370之间的轴向距离的函数。因此，当两个磁体1330、1370沿着圆柱形中空壳体1310的纵向方向(或沿着圆柱形中空壳体1310的的轴线)相对地朝着彼此或远离彼此运动时，两个共同作用的磁体1330、1370之间的磁力可以改变(即增加以变得更强或减小姨变得更弱)。例如，随着两个磁体1330、1370变得更近，可以通过两个共同作用的磁体1330、1370之间的较强的磁力在可以垂直于悬臂结构1321的内磁体1330的磁化方向上推动内磁体1330。因此，内磁体1330可以在第二自由端部1324上施加垂直的力，以便拉动/推动悬臂结构1321的第二自由端部1324，引起悬臂结构1321的偏转，这进而可以引起悬臂结构1321的第一端部1323处的应变或应变的变化。悬臂结构1321的第一端部1323处的应变或应变的变化可以由在悬臂结构1321的第一端部1323处的应变测量元件1340来感测和/或测量和/或检测和/或确定。因此，根据各个实施方式，可以转化为外环磁体1370与内磁体1330之间的在圆柱形中空壳体1310的轴向上的相对运动的外环磁体1370与圆柱形中空壳体1310之间沿着圆柱形中空壳体1310的纵轴的相对运动，可能改变两个共同作用的磁体1330、1370之间的磁力，以使悬臂结构1321经历相应的应变变化，该应变变化可以由应变测量元件1340来检测和/或测量和/或感测和/或确定。
根据各个实施方式，圆柱形中空壳体1310可以在圆柱形中空壳体1310的与第一分隔件1312相对的另一端(或与圆柱形中空壳体1310的具有悬臂结构保持件1327的端部相对的另一端)处包括第二分隔件(未示出)。因此，第一分隔件1312可以形成第一闭合基座，以及第二分隔件可以形成第二闭合基座，以这样的方式使得第一分隔件1312和第二分隔件之间所封闭的空间的体积形成细长中空壳体1310的闭合区段。根据各个实施方式，土体位移测量装置1300的圆柱形中空壳体1310可以填充有流体介质。根据各个实施方式，流体介质可以包含在形成圆柱形中空壳体1310的闭合区段的第一分隔件1312和第二分隔件之间所封闭的空间体积内。流体介质可以包括液体，例如水。流体介质可增加土体位移测量装置1300的重量，这可以使得更容易地安装到钻孔中。
下面讨论基于图12的土体位移测量装置1200和图13的土体位移测量装置1300进行的实验/分析以及并从实验/分析中得到结果。
在实验中，使用不同的半径/厚度的盘形磁体(即，用作内磁体1230)对图12的土体位移测量装置1200(配置为引伸计)的性能进行评估。根据各个实施方式，作为引伸计的图12的土体位移测量装置1200的工作原理是，轴向磁力(Fz)根据环形磁体(即，外环磁体1270)和盘形磁体(即，内磁体1230)之间的距离(z)而变化。在实验中，环形磁体和盘形磁体在平行(ε＝1)方向上被磁化，因此，如图14所示，轴向磁力(Fz)在z方向上更强。盘形磁体上的轴向磁力(Fz)沿着光纤(即悬置组件1220)在FBG(即应变测量元件1240)上引起拉伸应变/压缩应变(参见图12)。在FBG中引起的应变与环形磁体和盘形磁体之间的距离(z)的关系在图14中的曲线图1490中绘制。该距离是从盘形磁体的中心到环形磁体的中心测量的。磁力在一定的轴向距离(z)的范围内是线性的，该范围被视为引伸计的测量范围。由于Fz取决于磁体的尺寸，因此环形磁体的尺寸和盘形磁体的尺寸可能影响引伸计的测量范围和测量分辨率。在钻孔应用中，环形磁体永久性地安装在钻孔外部的土体中。因此，一旦安装便无法更改。然而，可以容易地更换盘形磁体以改变引伸计的测量范围和测量分辨率。对于盘形磁体的给定的厚度(2d1)和不同的半径(R1)，在FBG中引起的应变与磁体之间的距离(z)的关系在图14中的曲线图1490中给出。此外，对于盘形磁体的给定的半径(R1)和不同厚度的(2d1)，在FBG中引起的应变与磁体之间的距离(z)的关系在图15的曲线图1590中给出。此外，在COMSOL Multiphysics中使用“无电流磁场(Magnetic Fields,No Currents，mfnc)”模型进行模拟。磁化
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分别用于盘形磁体和环形磁体。模拟数据点也分别在图8和图9中示出。图14中示出的图12的土体位移测量装置1200的测量范围为约为60mm(从z＝5cm到z＝11cm)，以及测量分辨率为0.33mm。如同所示，对于钻孔应用，结果表明，作为引伸计的图12的土体位移测量装置1200的测量范围和测量分辨率可以通过改变盘形磁体的半径(R1)和厚度(2d1)来改进。
在另一个实验中，将实际实验结果与图12的土体位移测量装置1200的模拟和分析结果进行比较。图12的土体位移测量装置1200的实验装置在图16的照片1692中示出。在该实验室中使用的环形磁体(外径＝76mm，内径＝42mm，厚度＝12mm)(即外环磁体1270)和盘形磁体(外径＝10mm，厚度＝5mm)(即内磁体1230)沿着其厚度被磁化。环形磁体在外部套管(外径＝40mm，内径＝34mm的丙烯酸管)(即圆柱形中空壳体1310)的外面。由于不能穿过盘形磁体钻一个孔，所以制作了一个特殊的组件，该组件由两个具有与盘形磁体的直径相同的直径的圆柱形纤维套筒壳体1684组成，以使磁体穿过纤维悬置。纤维套筒壳体1684胶粘在盘形磁体的两侧(顶部和底部)，并且每侧都在其中心具有一个孔来容置纤维套筒1686。FBG(即应变测量元件1240)在光纤的上侧。另外，盘形磁体容置在磁体壳体1680中。磁体壳体1680的直径等于外部套管的内径，并且磁体壳体1680在其中心具有容纳盘形磁体的孔。该磁体壳体1680防止了由于共同作用的环形磁体和盘形磁体之间的强磁力而使盘形磁体倒塌到外部套管的内壁，尤其是当共同作用的环形磁体和盘形磁体彼此靠近时。因此，盘形磁体沿着系统的轴线穿过纤维悬挂，并且保持在外部套管的外部的环形磁体沿着z轴自由运动。将环形磁体安置在高度可调的平台上来进行实验。
这两个磁体都是钕磁体，磁化M1和M2是相同的(883.310KA/m)。图17中的曲线图1790中示出了当环形磁体向下运动(更靠近盘形磁体)时FBG中引起的应变与磁体之间的轴向距离(z)的关系。该轴向距离是从环形磁体的中心到盘形磁体的中心测量的。分析结果和模拟结果也与实验结果一起示出。如同所示，实验数据与分析数据和模拟数据匹配良好。
在实验中，使用不同的半径/厚度的盘形磁体(即，用作内磁体1330)对图13的土体位移测量装置1300(配置为引伸计)的性能进行评估。根据各个实施方式，如图13所示，图13的土体位移测量装置1300采用了在垂直方向上磁化的两个磁体(环形磁体(即，外环磁体1370)和盘形磁体(即，内磁体1330))。盘形磁体在+y方向(εd＝-1)上被磁化，环形磁体在+z(εr＝+1)方向上被磁化。在该配置中，如图13中所示，盘形磁体上的磁力Fy(在y方向上)导致盘形磁体在y方向上拉动/推动悬臂(即悬置组件1320)的自由端，并且在FBG(即应变测量元件1340)中引起了拉伸应变/压缩应变。磁力(Fy)根据共同作用的环形磁体和盘形磁体之间的轴向距离(z)而变化。在这种情况下，试图使环形磁体的轴线与盘形磁体的轴线不一致，以在y方向上实现更大的Fy。环形磁体的轴线位于x＝0，y＝0，而盘形磁体的轴线位于x＝0，y＞0。在FBG中的应变与环形磁体和盘形磁体之间的轴向距离(z)的关系在图18中绘制。该轴向距离(z)是从盘形磁体的中心到环形磁体的中心测量的。对于盘形磁体的给定的厚度(2d1)和不同的半径(R1)，应变与磁体之间的轴向距离(z)的关系在图18中的曲线图1890中示出。此外，对于盘形磁体的给定的半径(R1)和不同厚度的(2d1)，应变与磁体之间的距离的关系在图19的曲线图1990中示出。还示出了模拟数据点。对于图18和图19所示的分析结果和模拟结果，盘形磁体的轴线在x＝0，y＝3mm。如同所示，可以通过改变盘形磁体的尺寸来改善测量范围和测量分辨率。
在另一个实验中，将实际实验结果与图13的土体位移测量装置1300的模拟和分析结果进行比较。图13的土体位移测量装置1300的实验装置2000在图20的照片2092中示出。环形磁体(外径＝76mm，内径＝42mm，厚度＝12mm)(即外环磁体1370)在+z方向上被磁化。代替使用沿着其直径磁化的盘形磁体并将其放置在x-y平面中，而使用沿着其厚度磁化的盘形磁体(直径＝25mm，厚度＝6mm)(即内磁体1330)并将其放置在z-x平面中。因此，两个磁体的磁场彼此垂直(环形磁体在+z方向(εr＝+1)上，盘形磁体在+y方向(εr＝-1)上)。该布置较容易并且使悬臂(即悬置组件1320)的自由端具有更多的空间以在y方向上运动。本实验中使用的悬臂尺寸为190mm3×20mm3×2mm3。悬臂的另一端固定在实心圆柱形悬臂保持件(即悬臂结构保持件1327)中，该实心圆柱形悬臂保持件具有矩形孔以容纳悬臂。悬臂保持件由丙烯酸制成，以及其直径等于外部套管的内径。FBG中的应变与环形磁体和盘形磁体之间的距离(z)的关系如图21中的曲线图2190所示。图21中所示的模拟数据与实验数据匹配良好。引伸计测量的线性范围约为80mm(从z＝50mm到z＝130mm)，以及测量分辨率约为0.65mm。根据各个实施方式，较长的悬臂也可以改善测量范围和测量分辨率。
在又一个实验中，对图13的土体位移测量装置1300(配置为引伸计)的可重复性进行了评估。根据各个实施方式，引伸计的多个单元必须安装在孔中，以监测土体在不同深度的运动。在该实验中，如图22中的照片2292所示，三个引伸计单元串联连接以形成处于不同深度的引伸计系统2201(即土体位移测量系统)。所有单元的响应在图23的曲线图2390中示出。在所有三个单元中的磁体的尺寸和悬臂的尺寸是相同的并且与图20中使用的尺寸相同。如同所示，所有单元的响应差不多是相同的，这证实了图13的土体位移测量装置1300的可重复性。
根据各个实施方式，图12的土体位移测量装置1200(配置为引伸计)和图13的土体位移测量装置1300(配置为引伸计)可以是简单且易于制造的。
根据各个实施方式，当对测量范围和测量分辨率的要求是低到中等时，图12的土体位移测量装置1200(配置为引伸计)可能是合适的。对测量范围和测量分辨率要求高将需要较大的盘形磁体穿过图12的土体位移测量装置1200的FBG光纤而悬挂。在这种情况下，盘形磁体上的轴向力(Fz)将会很高(尤其是当盘形磁体非常靠近环形磁体时)，这可能会破坏光纤。
另一方面，根据各个实施方式，在图13的土体位移测量装置1300(配置为引伸计)中，FBG粘合至铝悬臂，这使该设计更加坚固。悬臂的自由端的运动受到外部套管壁的限制。因此，即使非常高的磁力(Fy)(当盘形磁体非常靠近环形磁体时)也无法使悬臂超过其弹性极限而弯曲。可以容易地使用较大的盘形磁体用于较高的测量范围和分辨率要求，而不必担心纤维断裂。同样，可以改变悬臂的尺寸以具有较高的测量范围和测量分辨率。因此，根据各个实施方式，图13的土体位移测量装置1300可以是更加坚固和灵活的。
图24示出了单个土体位移测量装置2400的示意图，单个土体位移测量装置2400可以由图1的土体位移测量装置100(配置为测斜仪)与图13的土体位移测量装置1300(配置为引伸计)接合在一起组成。如同所示，可以将来自两个单元的光纤拼接在一起。接头也可以是刚性接头，使得来自两个单元的壳体形成用于组合装置的组合的和整体的壳体。而图24展示了图1的土体位移测量装置100(配置为测斜仪)与图13的土体位移测量装置1300(配置为引伸计)接合在一起，可以理解的是，图1的土体位移测量装置100(配置为测斜仪)还可以与图12的土体位移测量装置1200(配置为引伸计)接合在一起以形成单个土体位移测量装置。
图25示出了图24的单个土体位移测量装置2400(配置为测斜仪和引伸计)经由形成柔性接头的连接构件260与图1的土体位移测量装置100(配置为测斜仪)连接，以形成土体位移测量系统2501的示意图。照惯例，测斜仪单元可以比引伸计单元更靠近彼此安装，以具有更精确的土体变形廓线。通常，在钻孔中，测斜仪彼此间隔1m安装，而引伸计彼此间隔5m安装。根据各个实施方式，图24的单个土体位移测量装置2400(即组合单元)可以通过柔性接头(例如前述的尼龙带)在所需的深度夹在图1的土体位移测量装置100(即测斜仪单元)之间。图24的单个土体位移测量装置2400(即组合单元)与图1的土体位移测量装置100(即测斜仪单元)的距离和尺寸可以根据安装地点要求而更改。
以下实施例属于各个实施方式。
实施例1是一种土体位移测量装置，该土体位移测量装置包括：
圆柱形中空壳体；
外环磁体，该外环磁体以使得圆柱形中空壳体穿过外环磁体的中心空腔插入的方式可滑动地布置在圆柱形中空壳体的外表面上；
内磁体，该内磁体设置在圆柱形中空壳体内；
悬置组件，该悬置组件使内磁体相对于圆柱形中空壳体保持，从而使内磁体悬置在圆柱形中空壳体的内部空间内；以及
应变测量元件，该应变测量元件被提供至悬置组件的区域，
其中，外环磁体与圆柱形中空壳体之间沿着圆柱形中空壳体的纵轴的相对运动使外环磁体与内磁体共同作用，以使得外环磁体与内磁体之间的磁力在悬置组件的区域处改变相应的应变，以及
其中，通过应变测量元件来检测应变的变化，以作为外环磁体沿着圆柱形中空壳体的纵轴的相对位移的量度。
在实施例2中，实施例1的主题可以可选地包括一个或多个锚，该一个或多个锚以使得一个或多个锚可以从圆柱形中空壳体突出以使外环磁体锚定到外部介质的方式耦合至外环磁体。
在实施例3中，实施例1或2的主题可以可选地包括：应变测量元件可以包括光纤布拉格光栅(FBG)。
在实施例4中，实施例1至3的主题可以可选地包括：内磁体可以包括盘形磁体、或圆形磁体、圆柱体磁体或环状磁体。
在实施例5中，实施例1至4的主题可以可选地包括：圆柱形中空壳体填充有流体介质。
在实施例6中，实施例1至5的主题可以可选地包括：
其中，圆柱形中空壳体具有第一分隔件和第二分隔件，该第一分隔件和第二分隔件限定了圆柱形中空壳体的闭合区段，
其中，内磁体被悬置，内磁体的第一平面指向圆柱形中空壳体的第一分隔件，以及内磁体的第二平面指向圆柱形中空壳体的第二分隔件，第一平面与第二平面相对。
其中，悬置组件可以包括：
第一悬置线段，该第一悬置线段在内磁体的第一平面的中心与圆柱形中空壳体的第一分隔件的中心之间沿着圆柱形中空壳体的纵轴延伸，以及
第二悬置线段，该第二悬置线段在内磁体的第二平面的中心与圆柱形中空壳体的第二分隔件的中心之间沿着圆柱形中空壳体的纵轴延伸，
其中，应变测量元件沿着第一悬置线段设置。
在实施例7中，实施例6的主题可以可选地包括：可以使内磁体和外环磁体磁化，以使得各自的磁化方向相对于彼此平行或反平行。
在实施例8中，实施例6或7的主题可以可选地包括：第一悬置线段可以包括光纤。
在实施例9中，实施例6或8的主题可以可选地包括：第一悬置线段连接件可以固定至内磁体的第一平面，并且第二悬置线段连接件可以固定至内磁体的第二平面。
在实施例10中，实施例9的主题可以可选地包括：可以提供保护套以包围第一悬置线段和第二悬置线段的每个固定端。
在实施例11中，实施例6至10的主题可以可选地包括环形磁体壳体，该环形磁体壳体在中心具有空腔以容纳内磁体，其中，可以使环形磁体壳体的外边界的尺寸设计为装入圆柱形中空壳体中。
在实施例12中，实施例1至5的主题可以可选地包括：
其中，悬置组件包括悬臂结构，该悬臂结构平行于所述圆柱形中空壳体的纵轴对齐并且具有第一端部和第二自由端部，该第一端部固定地耦合至圆柱形中空壳体，
其中，内磁体固定至悬臂结构的第二自由端部，以及
其中，应变测量元件附接至悬臂结构的第一端部。
在实施例13中，实施例12的主题可以可选地包括：悬置组件还可以包括呈圆形面板形式的固定地安置到圆柱形中空壳体的内壁的悬臂结构保持件，其中，该圆形面板可以包括空腔，悬臂结构的第一端部固定地装配在该空腔中。
在实施例14中，实施例12或13的主题可以可选地包括：可以使内磁体在内磁体的磁化方向是至少基本上垂直于圆柱形中空壳体的纵轴的方向上固定至悬臂结构的第二自由端部。
在实施例15中，实施例1至14中任一个的主题可以可选地包括：土体位移测量装置包括第一土体位移测量子装置和第二土体位移测量子装置，第一土体位移测量子装置沿着圆柱形中空壳体的第一长度部分，第二土体位移测量子装置沿着圆柱形中空壳体的第二长度部分，
其中第一土体位移测量子装置根据权利要求1至14中任一项来配置，
其中第二土体位移测量子装置包括：
第一分隔件和第二分隔件，该第一分隔件和第二分隔件沿着圆柱形中空壳体的第二长度部分，以限定圆柱形中空壳体的第二长度部分的闭合区段，
第二土体位移测量子装置的悬置体，该第二土体位移测量子装置的悬置体保持悬置在圆柱形中空壳体的第二长度部分内，第二土体位移测量子装置的第一悬置线段从悬置体朝向圆柱形中空壳体的第二长度部分的第一分隔件的中心延伸以及第二土体位移测量子装置的第二悬置线段从悬置体朝向圆柱形中空壳体的第二长度部分的第二分隔件的中心延伸，以及
第二土体位移测量子装置的应变测量元件，该第二土体位移测量子装置的应变测量元件以以下方式沿着第二土体位移测量子装置的第二悬置线段设置：使得圆柱形中空壳体的倾角的改变引起第二土体位移测量子装置的第二悬置线段的应变改变，该应变改变由第二土体位移测量子装置的应变测量元件检测。
在实施例16中，实施例15的主题可以可选地包括：圆柱形中空壳体的第一长度部分可以包括第一管道，并且圆柱形中空壳体的第二长度部分可以包括第二管道，并且其中，第一管道固定地接合至第二管道，以使圆柱形中空壳体形成为单个的刚性的整体部件。
在实施例17中，实施例15或16的主题可以可选地包括：第二土体位移测量子装置的应变测量元件可以包括光纤布拉格光栅(FBG)。
在实施例18中，实施例17的主题可以可选地包括：可以使用于第一土体位移测量子装置的应变测量元件的FBG的光纤和用于第二土体位移测量子装置的应变测量元件的FBG的另一光纤以以下方式拼接在一起：使得可以通过单个的拼接的光纤来传输来自两个应变测量元件的测量值。
在实施例19中，实施例15至18中任一个的主题可以可选地包括：第二土体位移测量子装置的悬置体可以具有关于主轴线呈圆形对称的形状，该主轴线穿过第一表面交叉点和第二表面交叉点之间的悬置体，并且悬置体可以设置在圆柱形中空壳体的第二长度部分内并且可以悬置在圆柱形中空壳体的第二长度部分的第一分隔件和圆柱形中空壳体的第二长度部分的第二分隔件之间，第一表面交叉点指向圆柱形中空壳体的第二长度部分的第一分隔件，并且第二表面交叉点指向圆柱形中空壳体的第二长度部分的第二分隔件。
在实施例20中，实施例19的主题可以可选地包括：第二土体位移测量子装置的第一悬置线段可以从悬置体的第一表面交叉点朝向圆柱形中空壳体的第二长度部分的第一分隔件的中心延伸，并且其中第二土体位移测量子装置的第二悬置线段可以从悬置体的第二表面相交点朝向圆柱形中空壳体的第二长度部分的第二分隔件的中心延伸。
在实施例21中，实施例15至20中任一个的主题可以可选地包括：第二土体位移测量子装置的第一悬置线段的长度与第二土体位移测量子装置的第二悬置线段的长度之比等于或大于1。
在实施例22中，实施例15至21中任一个的主题可以可选地包括：第二土体位移测量子装置的悬置体的形状包括圆柱体、球状体、圆锥体、双锥体。
在实施例23中，实施例15至22中任一个的主题可以可选地包括：第二土体位移测量子装置的第一悬置线段和第二土体位移测量子装置的第二悬置线段可以被预张紧。
在实施例24中，实施例15至23中任一个的主题可以可选地包括：通过粘合剂可以使第二土体位移测量子装置的第一悬置线段和第二土体位移测量子装置的第二悬置线段固定至第二土体位移测量子装置的悬置体。
在实施例25中，实施例15至24中任一个的主题可以可选地包括：通过粘合剂使第二土体位移测量子装置的第一悬置线段和第二土体位移测量子装置的第二悬置线段固定至圆柱形中空壳体的第二长度部分的第一分隔件和圆柱形中空壳体的第二长度部分的第二分隔件的各自的中心。
在实施例26中，实施例15至25中任一个的主题可以可选地包括：提供保护套以围绕第二土体位移测量子装置的第一悬置线段和第二土体位移测量子装置的第二悬置线段的每个固定端。
在实施例27中，实施例15至26中任一个的主题可以可选地包括：单根光纤可以从圆柱形中空壳体的第二长度部分的第一分隔件的中心延伸至第二土体位移测量子装置的悬置体，穿过第二土体位移测量子装置的悬置体，并从第二土体位移测量子装置的悬置体延伸至圆柱形中空壳体的第二长度部分的第二分隔件的中心，其中第二土体位移测量子装置述第一悬置线段可以是单根光纤在圆柱形中空壳体的第二长度部分的第一分隔件和第二土体位移测量子装置的悬置体之间的一段，并且其中第二土体位移测量子装置的第二悬置线段可以是单根光纤在第二土体位移测量子装置的悬置体和圆柱形中空壳体的第二长度部分的第二分隔件之间的一段。
在实施例28中，实施例15至26中任一个的主题可以可选地包括：第二土体位移测量子装置的第一悬置线段包括金属线，以及第二土体位移测量子装置的第二悬置线段包括光纤。
在实施例29中，实施例15至28中任一个的的主题可以可选地包括：圆柱形中空壳体的第二长度部分的闭合区段填充有流体介质。
在实施例30中，实施例1至29中任一个的的主题可以可选地包括：第一连接固定件和第二连接固定件，该第一连接固定件在第一端部处设置在圆柱形中空壳体的外部，该第二连接固定件在第二端部处设置在圆柱形中空壳体的外部。
在实施例31中，实施例30的的主题可以可选地包括：第一连接固定件和第二连接固定件中的每个包括三个或更多个附接元件，每个附接元件配置为与柔性的细长连接构件互锁。
实施例32是一种包括至少两个根据实施例1至14中任一个的土体位移测量装置的土体位移测量系统，该土体位移测量装置依次串联布置。
实施例33是一种包括至少两个根据实施例32的土体位移测量装置的土体位移测量系统，其中至少两个土体位移测量装置可以通过三个或更多个柔性的细长连接构件互连，其中，三个或更多个柔性的细长连接构件中的每个可以具有第一端和第二端，该第一端与至少两个土体位移测量装置中的一个的附接元件互锁，该第二端与至少两个土体位移测量装置中的另一个的附接元件互锁。
实施例34是一种土体位移测量装置，包括：
细长中空壳体，该细长中空壳体具有第一分隔件和第二分隔件，该第一分隔件和第二分隔件限定圆柱形中空壳体的闭合区段；
悬置体，该悬置体具有关于主轴线呈圆形对称的形状，该主轴线穿过第一表面交叉点和第二表面交叉点之间的悬置体，并且悬置体设置在细长中空壳体内并悬置在第一分隔件和第二分隔件之间，第一表面交叉点指向第一分隔件，并且第二表面交叉点指向第二分隔件；
第一悬置线段，该第一悬置线段从悬置体的第一表面交叉点朝向细长中空壳体的第一分隔件的中心延伸；
第二悬置线段，该第二悬置线段从悬置体的第二表面交叉点朝向细长中空壳体的第二分隔件的中心延伸；和
应变测量元件，该应变测量元件沿着第二悬置线段设置，
其中，第一悬置线段的长度与第二悬置线段的长度之比等于或大于1。
在实施例35中，实施例34的主题可以可选地包括：细长中空壳体可以包括刚性管道或刚性中空圆柱体。
在实施例36中，实施例34或35的主题可以可选地包括：悬置体的形状可以包括圆柱体、球状体、圆锥体、或双锥体。
在实施例37中，实施例34至36中任一个的主题可以可选地包括：第一悬置线段和第二悬置线段可以被预张紧。
在实施例38中，实施例34至37中任一个的主题可以可选地包括：通过粘合剂使第一悬置线段和第二悬置线段固定至各自的第一表面交叉点和第二表面交叉点。
在实施例39中，实施例34至38中任一个的主题可以可选地包括：可以通过粘合剂使第一悬置线段和第二悬置线段固定至第一分隔件和第二分隔件的各自的中心。
在实施例40中，实施例34至39中任一个的主题可以可选地包括：提供保护套以包围第一悬置线段和第二悬置线段的每个固定端。
在实施例41中，实施例34至40中任一个的主题可以可选地包括单根光纤，该单根光纤从细长中空壳体的第一分隔件的中心延伸至悬置体的第一表面交叉点，通过悬置体，并从悬置体的第二表面交叉点延伸至细长中空壳体的第二分隔件的中心，其中，第一悬置线段可以是单根光纤在细长中空壳第一分隔件和所述悬置体的第一表面交叉点之间的一段，以及其中第二悬置线段可以是单根光纤在悬置体的第二表面交叉点和细长中空壳体的第二分隔件之间的一段。
在实施例42中，实施例34至40中任一个的主题可以可选地包括：第一悬置线段可以包括金属线，以及第二悬置线段可以包括光纤。
在实施例43中，实施例34至42中任一个的主题可以可选地包括：应变测量元件包括光纤布拉格光栅(FBG)。
在实施例44中，实施例34至43中任一个的主题可以可选地包括：细长中空壳体填充有流体介质。
在实施例45中，实施例34至44中任一个的的主题可以可选地包括：第一连接固定件和第二连接固定件，该第一连接固定件在第一端部处设置在细长中空壳体的外部，该第二连接固定件在第二端部处设置在细长中空壳体的外部。
在实施例46中，实施例45的主题可以可选地包括：第一连接固定件和第二连接固定件中的每个可以包括三个或更多个附接元件，每个附接元件配置为与柔性的细长连接构件互锁。
在实施例47中，实施例34至46中任一个的主题可以可选地固定地接合至根据实施例1至13中任一个的土体位移测量装置。
实施例48是一种包括至少两个根据实施例46的土体位移测量装置的土体位移测量系统，其中至少两个土体位移测量装置可以通过三个或更多个柔性的细长连接构件互连，其中，三个或更多个柔性的细长连接构件中的每个可以具有第一端和第二端，该第一端与至少两个土体位移测量装置中的一个的附接元件互锁，该第二端与至少两个土体位移测量装置中的另一个的附接元件互锁。
实施例48是一种包括至少一个根据实施例31的土体位移测量装置的土体位移测量系统，该土体位移测量装置通过三个或更多个柔性的细长连接构件与至少一个根据实施例46的土体位移测量装置互连，其中，三个或更多个细长连接构件中的每个可以具有第一端和第二端，该第一端与如权利要求31所述的至少一个土体位移测量装置的附接元件互锁，该第二端与根据实施例46的至少一个土体位移测量装置的附接元件互锁。
实施例50是一种土体位移测量装置，该土体位移测量装置包括沿着圆柱形中空壳体的第一长度部分的第一土体位移测量子装置和沿着圆柱形中空壳体的第二长度部分的第二土体位移测量子装置，其中第一土体位移测量子装置配置为测斜仪，以及第二土体位移测量子装置配置为引伸计。
在实施例51中，实施例50的主题可以可选地包括：第一土体位移测量子装置配置为基于FBG的测斜仪，以及第二土体位移测量子装置配置为基于FBG的引伸计。
在实施例52中，实施例51的主题可以可选地包括：可以使用于第一土体位移测量子装置的FBG的光纤和用于第二土体位移测量子装置的FBG的另一光纤以以下方式拼接在一起：使得可以通过单个的拼接的光纤来传输来自第一土体位移测量子装置和第二土体位移测量子装置的测量值。
在实施例53中，实施例50至52中任一个的主题可以可选地包括：第一长度部分可以包括第一管道，以及第二长度部分可以包括第二管道，并且其中，第一管道可以固定地接合(或刚性地耦合)至第二管道，以使圆柱形中空壳体形成为单个的整体部件。
在实施例54中，实施例50至53中的任一个的主题可以可选地包括：沿着圆柱形中空壳体的第一长度部分的第一土体位移测量子装置可以包括：
第一分隔件和第二分隔件，该第一分隔件和第二分隔件限定圆柱形中空壳体的第一长度部分的闭合区段，
悬置体，该悬置体保持在圆柱形中空壳体的第一长度部分内，第一悬置线段从悬置体朝向第一分隔件的中心延伸，以及第二悬置线段从悬置体朝向第二个隔件的中心延伸，以及
第一应变测量元件，该第一应变测量元件以以下方式沿着第二悬置线段设置：使得圆柱形中空壳体的倾角的改变引起第二悬置线段的应变改变，该应变的改变通过第一应变测量元件是可检测的。
在实施例55中，实施例50至54中任一个的主题可以可选地包括：沿着圆柱形中空壳体的第二长度部分的第二土体位移测量子装置可以包括：圆柱形中空壳体的第二长度部分可以包括：
外环磁体，该外环磁体以使得圆柱形中空壳体穿过外环磁体的中心空腔插入的方式可滑动地布置在圆柱形中空壳体的外表面上。
内磁体，该内磁体通过悬置组件悬置在圆柱形中空壳体内；和
第二应变测量元件，该应变测量元件被提供至悬置组件的区域，
其中，外环磁体与圆柱形中空壳体之间沿着圆柱形中空壳体的纵轴的相对运动使外环磁体与内磁体共同作用，以使得外环磁体与内磁体之间的磁力在悬置组件的区域处改变相应的应变，该应变通过第二应变测量元件是可检测的。
在实施例56中，实施例50至54中任一个的主题可以可选地包括：第一土体位移测量子装置可以根据实施例34至44中任一个来配置。
在实施例57中，实施例50至56中任一个的主题可以可选地包括：第二土体位移测量子装置可以根据实施例1至14中任一个来配置。
在实施例58中，实施例50至57中任一个的主题可以可选地包括：第一连接固定件和第二连接固定件，该第一连接固定件在第一端部处设置在圆柱形中空壳体的外部，该第二连接固定件在第二端部处设置在圆柱形中空壳体的外部。
在实施例59中，实施例50至58中任一个的主题可以可选地包括：第一连接固定件和第二连接固定件中的每个可以包括三个或更多个附接元件，每个附接元件配置为与柔性的细长连接构件互锁。
实施例60是一种土体位移测量系统，该土体位移测量系统包括至少一个根据实施例50至59中的一个实施例的土体位移测量装置，该土体位移测量装置与至少另一个根据实施例1至31、34至47、以及50至59中任一个的土体位移测量装置互连。
各个实施方式提供了对于钻孔应用而言简单且易于实现的土体位移测量装置和/或土体位移测量系统，以测量水平/横向和/或垂直土体位移。
虽然已经参照具体实施方式特别示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的范围的前提下，可以对形式和细节进行各种改变、修饰、变形。因此，本发明的范围由所附权利要求表示，并因此旨在涵盖落入权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变。

Claims (49)

1.一种土体位移测量装置，包括：
圆柱形中空壳体；
外环磁体，所述外环磁体以使得所述圆柱形中空壳体穿过所述外环磁体的中心空腔插入的方式可滑动地布置在所述圆柱形中空壳体的外表面上；
内磁体，所述内磁体设置在所述圆柱形中空壳体内；
悬置组件，所述悬置组件使所述内磁体相对于所述圆柱形中空壳体保持，从而使所述内磁体悬置在所述圆柱形中空壳体的内部空间内；
和
应变测量元件，所述应变测量元件被提供至所述悬置组件的区域，
其中，所述外环磁体与所述圆柱形中空壳体之间沿着所述圆柱形中空壳体的纵轴的相对运动使所述外环磁体与所述内磁体共同作用，以使得所述外环磁体与所述内磁体之间的磁力在所述悬置组件的所述区域处改变相应的应变，以及
其中，通过所述应变测量元件来检测所述应变的变化，作为所述外环磁体沿着所述圆柱形中空壳体的所述纵轴的相对位移的量度。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括一个或多个锚，所述一个或多个锚以使得所述一个或多个锚从所述圆柱形中空壳体突出以使所述外环磁体锚定到外部介质的方式耦合至所述外环磁体。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述应变测量元件包括光纤布拉格光栅(FBG)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述内磁体包括盘形磁体、或圆形磁体、圆柱体磁体或环状磁体。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述圆柱形中空壳体填充有流体介质。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，
其特征在于，所述圆柱形中空壳体具有第一分隔件和第二分隔件，所述第一分隔件和所述第二分隔件限定了所述圆柱形中空壳体的闭合区段，
其中，所述内磁体被悬置，所述内磁体的第一平面指向所述圆柱形中空壳体的所述第一分隔件，以及所述内磁体的第二平面指向所述圆柱形中空壳体的所述第二分隔件，所述第一平面与所述第二平面相对，
其中，所述悬置组件包括:
第一悬置线段，所述第一悬置线段在所述内磁体的所述第一平面的中心与所述圆柱形中空壳体的所述第一分隔件的中心之间沿着所述圆柱形中空壳体的所述纵轴延伸，以及
第二悬置线段，所述第二悬置线段在所述内磁体的所述第二平面的中心与所述圆柱形中空壳体的所述第二分隔件的中心之间沿着所述圆柱形中空壳体的所述纵轴延伸，
其中，所述应变测量元件沿着所述第一悬置线段设置。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，使所述内磁体和所述外环磁体磁化，以使得各自的磁化方向相对于彼此平行或反平行。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述第一悬置线段包括光纤。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，还包括：
第一悬置线段连接件，所述第一悬置线段连接件固定在所述内磁体的所述第一平面上，以及
第二悬置线段连接件，所述第二悬置线段连接件固定在所述内磁体的所述第二平面上。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，提供保护套以包围所述第一悬置线段和所述第二悬置线段的每个固定端。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的装置，还包括环形磁体壳体，所述环形磁体壳体在中心具有空腔以容纳所述内磁体，其中，使所述环形磁体壳体的外边界的尺寸设计为装入所述圆柱形中空壳体中。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，
其特征在于，所述悬置组件包括悬臂结构，所述悬臂结构平行于所述圆柱形中空壳体的所述纵轴对齐并且具有第一端部和第二自由端部，所述第一端部固定地耦合至所述圆柱形中空壳体，
其中，所述内磁体固定至所述悬臂结构的所述第二自由端部，以及
其中，所述应变测量元件附接至所述悬臂结构的所述第一端部。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述悬置组件还包括呈圆形面板形式的固定地安置到所述圆柱形中空壳体的内壁的悬臂结构保持件，其中，所述圆形面板包括空腔，所述悬臂结构的所述第一端部固定地装配在所述空腔中。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，使所述内磁体在所述内磁体的磁化方向上是至少基本上垂直于所述圆柱形中空壳体的所述纵轴的方向上固定至所述悬臂结构的所述第二自由端部。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的土体位移测量装置，其特征在于，所述土体位移测量装置包括第一土体位移测量子装置和第二土体位移测量子装置，所述第一土体位移测量子装置沿着所述圆柱形中空壳体的第一长度部分，所述第二土体位移测量子装置沿着所述圆柱形中空壳体的第二长度部分，
其中所述第一土体位移测量子装置根据权利要求1至14中任一项配置，
其中所述第二土体位移测量子装置包括：
第一分隔件和第二分隔件，所述第一分隔件和所述第二分隔件沿着所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分，以限定所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分的闭合区段，
所述第二土体位移测量子装置的悬置体，所述第二土体位移测量子装置的悬置体保持悬置在所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分内，所述第二土体位移测量子装置的第一悬置线段从所述悬置体朝向所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分的所述第一分隔件的中心延伸以及所述第二土体位移测量子装置的第二悬置线段从所述悬置体朝向所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分的所述第二分隔件的中心延伸，以及
所述第二土体位移测量子装置的应变测量元件，所述第二土体位移测量子装置的应变测量元件以以下方式沿着所述第二土体位移测量子装置的所述第二悬置线段设置：使得所述圆柱形中空壳体的倾角的改变引起所述第二土体位移测量子装置的所述第二悬置线段的应变改变，该应变改变由所述第二土体位移测量子装置的所述应变测量元件检测。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述圆柱形中空壳体的所述第一长度部分包括第一管道，并且所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分包括第二管道，并且其中，所述第一管道固定地接合至所述第二管道，以使所述圆柱形中空壳体形成为单个的刚性的整体部件。
17.根据权利要求15或16所述的装置，其特征在于，所述第二土体位移测量子装置的所述应变测量元件包括光纤布拉格光栅(FBG)。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，使用于所述第一土体位移测量子装置的所述应变测量元件的所述FBG的光纤和用于所述第二土体位移测量子装置的所述应变测量元件的所述FBG的另一光纤以以下方式拼接在一起：使得可以通过单个的拼接的光纤来传输来自两个所述应变测量元件的测量值。
19.根据权利要求15至18中的任一项所述的装置，其特征在于，所述第二土体位移测量子装置的所述悬置体具有关于主轴线呈圆形对称的形状，该主轴线穿过第一表面交叉点和第二表面交叉点之间的所述悬置体，并且所述悬置体设置在所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分内并悬置在所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分的所述第一分隔件和所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分的所述第二分隔件之间，所述第一表面交叉点指向所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分的所述第一分隔件，并且所述第二表面交叉点指向所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分的所述第二分隔件。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述第二土体位移测量子装置的所述第一悬置线段从所述悬置体的所述第一表面交叉点朝向所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分的所述第一分隔件的中心延伸，并且其中所述第二土体位移测量子装置的所述第二悬置线段从所述悬置体的所述第二表面相交点朝向所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分的所述第二分隔件的中心延伸。
21.根据权利要求15至20中的任一项所述的装置，其特征在于，所述第二土体位移测量子装置的所述第一悬置线段的长度与所述第二土体位移测量子装置的所述第二悬置线段的长度之比等于或大于1。
22.根据权利要求15至21中任一项所述的装置，其特征在于，所述第二土体位移测量子装置的所述悬置体的形状包括圆柱体、球状体、圆锥体、或双锥体。
23.根据权利要求15至22中任一项所述的装置，其特征在于，所述第二土体位移测量子装置的所述第一悬置线段和所述第二土体位移测量子装置的所述第二悬置线段被预张紧。
24.根据权利要求15至23中任一项所述的装置，其特征在于，通过粘合剂使所述第二土体位移测量子装置的所述第一悬置线段和所述第二土体位移测量子装置的所述第二悬置线段固定至所述第二土体位移测量子装置的所述悬置体。
25.根据权利要求15至24中任一项所述的装置，其特征在于，通过粘合剂使所述第二土体位移测量子装置的所述第一悬置线段和所述第二土体位移测量子装置的所述第二悬置线段固定至所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分的所述第一分隔件和所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分的所述第二分隔件的各自的中心。
26.根据权利要求15至25中任一项所述的装置，其特征在于，提供保护套以围绕所述第二土体位移测量子装置的所述第一悬置线段和所述第二土体位移测量子装置的所述第二悬置线段的每个固定端。
27.根据权利要求15至26中任一项所述的装置，其特征在于，单根光纤从所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分的所述第一分隔件的所述中心延伸至所述第二土体位移测量子装置的所述悬置体，穿过所述第二土体位移测量子装置的所述悬置体，并从所述第二土体位移测量子装置的所述悬置体延伸至所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分的所述第二分隔件的所述中心，其中所述第二土体位移测量子装置的所述第一悬置线段是所述单根光纤在所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分的所述第一分隔件和所述第二土体位移测量子装置的所述悬置体之间的一段，并且其中所述第二土体位移测量子装置的所述第二悬置线段是所述单根光纤在所述第二土体位移测量子装置的所述悬置体和所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分的所述第二分隔件之间的一段。
28.根据权利要求15至26中任一项所述的装置，其特征在于，所述第二土体位移测量子装置的所述第一悬置线段包括金属线，以及所述第二土体位移测量子装置的所述第二悬置线段包括光纤。
29.根据权利要求15至28中任一项所述的装置，其特征在于，所述圆柱形中空壳体的所述第二长度部分的所述闭合区段填充有流体介质。
30.根据权利要求1至29中任一项所述的装置，还包括：第一连接固定件和第二连接固定件，所述第一连接固定件在第一端部处设置在所述圆柱形中空壳体的外部，所述第二连接固定件在第二端部处设置在所述圆柱形中空壳体的外部。
31.根据权利要求30所述的装置，其特征在于，所述第一连接固定件和所述第二连接固定件中的每个包括三个或更多个附接元件，每个所述附接元件配置为与柔性的细长连接构件互锁。
32.一种包括如权利要求1至14中任一项所述的至少两个土体位移测量装置的土体位移测量系统，所述土体位移测量装置依次串联布置。
33.一种包括如权利要求32所述的至少两个土体位移测量装置的土体位移测量系统，其中所述至少两个土体位移测量装置通过三个或更多个柔性的细长连接构件互连，其中，所述三个或更多个柔性的细长连接构件中的每个具有第一端和第二端，所述第一端与所述至少两个土体位移测量装置中的一个的附接元件互锁，所述第二端与所述至少两个土体位移测量装置中的另一个的附接元件互锁。
34.一种土体位移测量装置，包括：
细长中空壳体，该细长中空壳体具有第一分隔件和第二分隔件，该第一分隔件和第二分隔件限定圆柱形中空壳体的闭合区段；
悬置体，该悬置体具有关于主轴线呈圆形对称的形状，该主轴线穿过第一表面交叉点和第二表面交叉点之间的悬置体，并且悬置体设置在细长中空壳体内并悬置在第一分隔件和第二分隔件之间，第一表面交叉点指向第一分隔件，并且第二表面交叉点指向第二分隔件；
第一悬置线段，所述第一悬置线段从所述悬置体的所述第一表面交叉点朝向所述细长中空壳体的所述第一分隔件的中心延伸；
第二悬置线段，所述第二悬置线段从所述悬置体的所述第二表面交叉点朝向所述细长中空壳体的所述第二分隔件的中心延伸；和
应变测量元件，所述应变测量元件沿着所述第二悬置线段设置，
其中，所述第一悬置线段的长度与所述第二悬置线段的长度之比等于或大于1。
35.根据权利要求34所述的装置，其特征在于，所述细长中空壳体包括刚性管道或刚性中空圆柱体。
36.根据权利要求34或35所述的装置，其特征在于，所述悬置体的形状包括圆柱体、球状体、圆锥体、或双锥体。
37.根据权利要求34至36中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一悬置线段和所述第二悬置线段被预张紧。
38.根据权利要求34至37中任一项所述的装置，其特征在于，通过粘合剂使所述第一悬置线段和所述第二悬置线段固定至各自的第一表面交叉点和第二表面交叉点。
39.根据权利要求34至38中任一项所述的装置，其特征在于，通过粘合剂使所述第一悬置线段和所述第二悬置线段固定至所述第一分隔件和所述第二分隔件的各自的中心。
40.根据权利要求34至39中任一项所述的装置，其特征在于，提供保护套以包围所述第一悬置线段和所述第二悬置线段的每个固定端。
41.根据权利要求34至40中任一项所述的装置，包括单根光纤，所述单根光纤从所述细长中空壳体的所述第一分隔件的所述中心延伸至所述悬置体的所述第一表面交叉点，通过所述悬置体，并从所述悬置体的所述第二表面交叉点延伸至所述细长中空壳体的所述第二分隔件的所述中心，其中，所述第一悬置线段是所述单根光纤在所述细长中空壳体的所述第一分隔件和所述悬置体的所述第一表面交叉点之间的一段，以及其中所述第二悬置线段是所述单根光纤在所述悬置体的所述第二表面交叉点和所述细长中空壳体的所述第二分隔件之间的一段。
42.根据权利要求34至40中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一悬置线段包括金属线，以及所述所述第二悬置线段包括光纤。
43.根据权利要求34至42中任一项所述的装置，其特征在于，所述应变测量元件包括光纤布拉格光栅(FBG)。
44.根据权利要求34至43中任一项所述的装置，其特征在于，所述细长中空壳体填充有流体介质。
45.根据权利要求34至44中任一项所述的装置，还包括：第一连接固定件和第二连接固定件，所述第一连接固定件在第一端部处设置在所述细长中空壳体的外部，所述第二连接固定件在第二端部处设置在所述细长中空壳体的外部。
46.根据权利要求45所述的装置，其特征在于，所述第一连接固定件和所述第二连接固定件中的每个包括三个或更多个附接元件，每个所述附接元件配置为与柔性的细长连接构件互锁。
47.根据权利要求34至46中任一项所述的装置，所述装置固定地接合至如权利要求1至14中任一项所述的土体位移测量装置。
48.一种包括如权利要求46所述的至少两个土体位移测量装置的土体位移测量系统，其中所述至少两个土体位移测量装置通过三个或更多个柔性的细长连接构件互连，其中，所述三个或更多个柔性的细长连接构件中的每个具有第一端和第二端，所述第一端与所述至少两个土体位移测量装置中的一个的附接元件互锁，所述第二端与所述至少两个土体位移测量装置中的另一个的附接元件互锁。
49.一种包括如权利要求31所述的至少一个土体位移测量装置的土体位移测量系统，所述土体位移测量装置通过三个或更多个柔性的细长连接构件与如权利要求46所述的至少一个土体位移测量装置互连，其中，所述三个或更多个细长连接构件中的每个具有第一端和第二端，所述第一端与如权利要求31所述的至少一个土体位移测量装置的附接元件互锁，所述第二端与如权利要求46所述的至少一个土体位移测量装置的附接元件互锁。
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