CN112698049A - 测斜仪中石英挠性加速度计的安装定位装置和标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测斜仪技术领域，提供了一种测斜仪中石英挠性加速度计的安装定位装置和标定方法。其中，该装置包括：套筒，所述套筒设置在上轮座和下轮座之间，且所述套筒两端内壁上设置有套筒定位槽；上轮座定位销和下轮座定位销，与所述套筒两端内壁上设置的套筒定位槽配合，以使所述上轮座和所述下轮座共面；加速度计安装座，设置在所述下轮座上且与加速度计的表头配合，所述加速度计通过表头与加速度计安装座的装配实现安装定位。由此，可以使得加速度计安装定位，进而可以采用数字调表，不再需要机械调表结构，具有结构简单易于实现的优点。

Description

测斜仪中石英挠性加速度计的安装定位装置和标定方法

技术领域

本发明涉及测斜仪技术领域，尤其涉及一种测斜仪中石英挠性加速度计的安装定位装置和标定方法。

背景技术

滑动式测斜仪是一种典型的岩土工程监测仪器，对于岩土工程领域变形监测(深部位移)十分有效，也是目前国内外在岩土工程中应用最广泛的一种精密的检测仪器。该仪器用于获得测孔内测斜管轴线在导槽对构成的剖面上的轨迹，经计算可以得到该剖面内测孔每一测量点相对于钻孔底部的水平位移。用于观测土石坝、堤防、土体边坡、建筑物基坑、地下建筑工程土体内部以及铁路、港口、公路、水利、高层建筑等基地内部层面的倾斜角度变化和水平位移变化。

依据机械行业标准JB/T 12204-2015《滑动式岩土测斜仪》，滑动式测斜仪主要由测读仪、测头和控制电缆组件等部分组成，其中测头是位移测量的核心部件。测头一般由套筒、上轮座组、下轮座组和传感器等部分组成。上轮座组和下轮座组的导轮间距构成测斜间距(一般要求500mm)，且导轮在同一平面内。

其中，基于石英挠性加速度计作为传感器的测斜仪为目前主流的测斜仪。石英挠性加速度计传感器测量测头倾斜后的重力加速度，再通过矢量分解，将重力加速度分量转换成水平分量(垂直分量)，经计算获得测头倾斜角度，经计算获得测斜孔的水平位移量(沉降位移)。

测头的零偏和标度因数是核心指标，出厂前需要标定至标称值(分辨率要求为8角秒，标度因数要求2.5V/g)。目前一般采用调节结构来调整加速度计的安装位置，由于这种标定存在误差，测斜仪的位移测量精度主要由加速度计输出决定，即要求其标定系数精确，这就要求加速度计相对测量基准(4个导轮平面)具有一定的安装精度。然而，通过现有的机械调节的调表方式确定测斜仪的标定系数，会造成机加成本高，同时增加了结构复杂性，且由于这种调节方式很难保证每套测斜仪的零偏和标度因数标称值一致，或存在松动可能性，影响测斜仪部件之间的互换性。因此采用机械调节加速度计的方法存在局限性。

发明内容

本发明提供了一种测斜仪中石英挠性加速度计的安装定位装置和标定方法，能够解决现有技术中结构复杂及机械调节加速度计的方法存在局限性的技术问题。

本发明提供了一种测斜仪中石英挠性加速度计的安装定位装置，该装置设置在测斜仪的测头上，其中，该装置包括：

套筒，所述套筒设置在上轮座和下轮座之间，且所述套筒两端内壁上设置有套筒定位槽；

上轮座定位销和下轮座定位销，与所述套筒两端内壁上设置的套筒定位槽配合，以使所述上轮座和所述下轮座共面；

加速度计安装座，设置在所述下轮座上与加速度计的表头配合，所述加速度计通过表头与加速度计安装座的装配实现安装定位。

优选地，所述套筒定位槽为盲槽。

本发明还提供了一种使用上述安装定位装置的测斜仪中石英挠性加速度计的标定方法，其中，该方法包括：

对加速度计的初始零偏和初始标度因数进行初始化；

控制测头分别倾斜正第一预定角度和负第一预定角度，得到对应角度下测斜仪中测读仪的读数L_正1和L_负1；

基于读数L_正1和L_负1计算标度因数K；

控制测头倾斜第二预定角度得到测读仪的读数L_正2，并在倾斜了第二预定角度后控制测头换向，得到测读仪的读数L_负3；

基于读数L_正2和L_负3计算零偏B0。

优选地，通过下式基于读数L_正1和L_负1计算标度因数K：

对位移输出为mm的测斜仪：K＝(L_正1-L_负1)*2.5/(500*2.0*Sinθ)，

或位移输出为电压V的测斜仪：K＝(L_正1-L_负1)/(2G·Sinθ)，

其中，θ为第一预定角度，G为重力加速度。

优选地，通过下式基于读数L_正2和L_负3计算零偏B0：

B0＝(L_正2+L_负3)/2。

优选地，对加速度计的初始零偏和初始标度因数进行初始化包括：

将加速度计的初始零偏初始化为0；

将加速度计的初始标度因数初始化为预设值。

优选地，所述正第一预定角度为+30°，所述负第一预定角度为-30°。

通过上述技术方案，可以在上轮座和下轮座之间设置套筒，且套筒两端内壁上设置有套筒定位槽，可以通过上轮座定位销和下轮座定位销与所述套筒两端内壁上设置的套筒定位槽配合，以使所述上轮座和所述下轮座共面；通过在下轮座上设置与加速度计的表头配合的加速度计安装座，可以使得加速度计安装定位，进而可以采用数字调表，不再需要机械调表结构，具有结构简单易于实现的优点。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明一种实施例的测斜仪中石英挠性加速度计的安装定位装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明一种实施例的测斜仪中石英挠性加速度计的安装定位装置的结构示意图；

图3示出了根据本发明一种实施例的测斜仪中石英挠性加速度计的标定方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1示出了根据本发明一种实施例的测斜仪中石英挠性加速度计的安装定位装置的结构示意图。图2示出了根据本发明一种实施例的测斜仪中石英挠性加速度计的安装定位装置的结构示意图。

如图1和2所示，本发明实施例提供了一种测斜仪中石英挠性加速度计的安装定位装置，该装置设置在测斜仪的测头上，其中，该装置包括：

套筒3，所述套筒3设置在上轮座1和下轮座7之间，且所述套筒3两端内壁上设置有套筒定位槽8；

上轮座定位销2和下轮座定位销6，与所述套筒3两端内壁上设置的套筒定位槽8配合，以使所述上轮座1和所述下轮座7共面；

由于上轮座1和下轮座7上均设置有导轮，在上轮座和下轮座共面的情况下，其上设置的四个导轮得以共面。

也就是，套筒安装在上轮座和下轮座之间，其作为连接固定件，所述套筒定位槽位于套筒内部上下两端，用于和上轮座定位销、下轮座定位销配合，保证上轮座导轮、下轮座导轮共面。

加速度计安装座4，设置在所述下轮座7上且与加速度计5的表头配合，所述加速度计5通过表头与加速度计安装座的装配(例如，固定连接)实现安装定位。

其中，安装座的端面为安装基准面，加速度计与加速度计安装座配合，保证加速度计的输出基准轴与上轮座导轮、下轮座导轮共面，如图2所示，其中示出了四个导轮平面(由上轮座、下轮座决定)和加速度计安装座共面。此外，根据计算，圆柱形加速度计安装座的轴线与加速度计的输出基准轴在角分级，加速度计输出转换为位移，对深部位移测量的影响可以忽略。

通过上述技术方案，可以在上轮座和下轮座之间设置套筒，且套筒两端内壁上设置有套筒定位槽，可以通过上轮座定位销和下轮座定位销与所述套筒两端内壁上设置的套筒定位槽配合，以使所述上轮座和所述下轮座共面；通过在下轮座上设置与加速度计的表头配合的加速度计安装座，可以使得加速度计安装定位，进而可以采用数字调表，不再需要机械调表结构，具有结构简单易于实现的优点。

根据本发明一种实施例，所述套筒定位槽8为盲槽。

也就是，套筒定位槽不突出套筒外壁，可以在完成定位功能的同时避免对套筒密封性的破坏，从而保证测头的防水性。

图3示出了根据本发明一种实施例的测斜仪中石英挠性加速度计的标定方法的流程图。

如图3所示，一种使用上述实施例中安装定位装置的测斜仪中石英挠性加速度计(即，该加速度计使用上述实施例中的安装定位装置安装定位)的标定方法，其中，该方法包括：

S100，对加速度计的初始零偏和初始标度因数进行初始化；

S102，控制测头分别倾斜正第一预定角度+θ和负第一预定角度-θ，得到对应角度下测斜仪中测读仪的读数L_正1和L_负1；

也就是，记录倾斜正第一预定角度位置的测读仪读数L_正1和记录倾斜负第一预定角度位置的测读仪读数L_负1。

S104，基于读数L_正1和L_负1计算标度因数K；

由此，可以通过读数L_正1和L_负1计算得到标度因数K，然后可以将K值写入加速度计的标度因数。

S106，控制测头倾斜第二预定角度得到测读仪的读数L_正2，并在倾斜了第二预定角度后控制测头换向(即，换向180°)，得到测读仪的读数L_负3；

S108，基于读数L_正2和L_负3计算零偏B0。

由此，可以通过读数L_正2和L_负3计算零偏B0，然后可以将B0写入测头的零偏(B0)。

由于使用了前述实施例中的安装定位装置，因此加速度计在实现安装定位的同时，可以采用数字调表，不再需要机械调表结构。在此基础上，避免了传统机械调表方式的调节结构松动对测量结果的影响，从而可以实现测斜仪参数(零偏和标度因数)的精确标定。

根据本发明一种实施例，通过下式基于读数L_正1和L_负1计算标度因数K：

对于位移输出为mm(毫米)的测斜仪：K＝(L_正1-L_负1)*2.5/(500*2.0*Sinθ)，

或对于位移输出为电压V的测斜仪：K＝(L_正1-L_负1)/(2G·Sinθ)，

其中，θ为第一预定角度(即，正第一预定角度或负第一预定角度的绝对值)，G为重力加速度。

根据本发明一种实施例，通过下式基于读数L_正2和L_负3计算零偏B0：

B0＝(L_正2+L_负3)/2。

根据本发明一种实施例，对加速度计的初始零偏和初始标度因数进行初始化包括：

将加速度计的初始零偏初始化为0；

将加速度计的初始标度因数初始化为预设值。

优选地，预设值可以为2.0。

根据本发明一种实施例，所述正第一预定角度为+30°，所述负第一预定角度为-30°。

在正第一预定角度为+30°、负第一预定角度为-30°的情况下，上述公式中的θ取值可以为30°。

根据本发明一种实施例，所述第二预定角度的范围为0°～±3°。

本领域技术人员应当理解，上述关于数值的描述仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。

从上述实施例可以看出，本发明中采取固定加速度计表头的方法，采用数字调表，无需机械调表结构，有利于简化设计；并且，采用数字调表，无需机械调表结构，有利于测头小型化设计。

更进一步地，传统的机械调表方式调表后，调节结构存在松动的可能性。实践中往往出现零偏发生偏移，测量结果不稳定等问题。采用本发明上述的装置和方法，由于加速度计是完全的机械紧固，可以精确计算出测斜仪的零偏和标度系数。

此外，传统的机械调表方式要求仔细反复调节加速度计摆平面输入基准轴的角度，非常费时费力；而采用本发明上述的标定方法，可快速精确地计算出测斜仪的零偏和标度系数。并且，数字调表保证每套测斜仪的零偏和标度因数标称值一致，能够提高测斜仪部件之间的互换性。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种测斜仪中石英挠性加速度计的安装定位装置，该装置设置在测斜仪的测头上，其特征在于，该装置包括：

套筒(3)，所述套筒(3)设置在上轮座(1)和下轮座(7)之间，且所述套筒(3)两端内壁上设置有套筒定位槽(8)；

上轮座定位销(2)和下轮座定位销(6)，与所述套筒(3)两端内壁上设置的套筒定位槽(8)配合，以使所述上轮座(1)和所述下轮座(7)共面；

加速度计安装座(4)，设置在所述下轮座(7)上且与加速度计(5)的表头配合，所述加速度计(5)通过表头与加速度计安装座的装配实现安装定位。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述套筒定位槽(8)为盲槽。

3.一种使用权利要求1或2所述的安装定位装置的测斜仪中石英挠性加速度计的标定方法，其特征在于，该方法包括：

对加速度计的初始零偏和初始标度因数进行初始化；

控制测头分别倾斜正第一预定角度和负第一预定角度，得到对应角度下测斜仪中测读仪的读数L_正1和L_负1；

基于读数L_正1和L_负1计算标度因数K；

控制测头倾斜第二预定角度得到测读仪的读数L_正2，并在倾斜了第二预定角度后控制测头换向，得到测读仪的读数L_负3；

基于读数L_正2和L_负3计算零偏B0。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过下式基于读数L_正1和L_负1计算标度因数K：

对于位移输出为mm的测斜仪：K＝(L_正1-L_负1)*2.5/(500*2.0*Sinθ)，

或对于位移输出为电压V的测斜仪：K＝(L_正1-L_负1)/(2G·Sinθ)，

其中，θ为第一预定角度，G为重力加速度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过下式基于读数L_正2和L_负3计算零偏B0：

B0＝(L_正2+L_负3)/2。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的方法，其特征在于，对加速度计的初始零偏和初始标度因数进行初始化包括：

将加速度计的初始零偏初始化为0；

将加速度计的初始标度因数初始化为预设值。

7.根据权利要求3-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述正第一预定角度为+30°，所述负第一预定角度为-30°。

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