CN114216501A - 一种新型多功能深层分段监测仪器及串联使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型多功能深层分段监测仪器，包括下壳体、顶盖、倾角传感器、压力传感器和自动化数据采集装置，所述下壳体的上部设置有顶盖，所述下壳体的内部设置有倾角传感器，所述下壳体外部的两侧分别开设有仪器槽，两个所述仪器槽内均设置有压力传感器，所述压力传感器的受压面位于其外侧壁，所述倾角传感器和压力传感器均通过信号电缆线与自动化数据采集装置连接，所述倾角传感器和压力传感器的传输信号为RS485信号传输；所述自动化数据采集装置包括单片机和无线发射装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型多功能深层分段监测仪器及串联使用方法，应用在土体深层水平位移以及土压力测量技术领域。
背景技术
公知的，土压力计是一种埋入土体内部测量土体压力的传感器，主要应用于土石坝、土堤和边坡等结构物内部土体压力的测量。基于孔压计测量原理，专利CN211523166U提出了新型土压力计，但无法同时测量水平向及竖向土压力，也无法兼顾多个土压力计同时测量。测斜仪是测量在挖掘及填埋时因为孔洞现象或者地下水位移位等其他影响导致的土壤颗粒的水平或者垂直位移的位置与方向、大小、速度，与设计上的预测位移比较并分析，以判断地基缓冲区域及可施工结构的安全而使用的测量仪。滑动式测斜仪在预防地质滑坡、建筑工程施工监测、大坝等等场景下，用以监测地表下方的深层位移和变形，是一种应用非常广泛的地表下位移和变形的测量设备。固定式测斜仪是一种埋入土体内部测量土体变形的传感器，可以通过串联进行不同深度土体变形的观测。基于多个传统孔压计，专利CN203498817U提出一种固定式测斜仪，可测量不同土体变形。现有的土压力计以及测斜仪一般都单独引线与数据采集仪连接，且单个钻孔内之内进行单种类型的测量数据采集，这限制了串联不同仪器的数据，且增加了钻孔的数量，降低了经济性与环保性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种新型多功能深层分段监测仪器及串联使用方法，能够同时进行土体深层水平位移及土压力的监测，减少了钻孔的数量，提高了了经济性与环保性。
本发明的技术方案如下：
一种新型多功能深层分段监测仪器，包括下壳体、顶盖、倾角传感器、压力传感器和自动化数据采集装置，所述下壳体的上部设置有顶盖，所述下壳体的内部设置有倾角传感器，所述下壳体外部的两侧分别开设有仪器槽，两个所述仪器槽内均设置有压力传感器，所述压力传感器的受压面位于其外侧壁，所述倾角传感器和压力传感器均通过信号电缆线与自动化数据采集装置连接，所述倾角传感器和压力传感器的传输信号为RS485信号传输；所述自动化数据采集装置包括单片机和无线发射装置。
所述倾角传感器固定设置在下壳体内底面的中心，所述下壳体内部放置倾角传感器之后留有空隙，作为倾角传感器放置和线路连接的通道。
所述倾角传感器采用卡尔曼滤波技术。
所述顶盖和下壳体均由硬质材料制作而成，顶盖和下壳体之间通过螺丝固定并密封连接，所述顶盖的中心开设有预留孔洞。
所述倾角传感器和压力传感器之间通过信号电缆线串联。
一种新型多功能深层分段监测仪器的串联使用方法，包括以下步骤：
S1：将倾角传感器放置在下壳体内部，并用螺丝固定；
S2：通过信号电缆线将所述压力传感器与倾角传感器串联，并将信号电缆线放入底盖内；
S3：将压力传感器放置在下壳体外壁的仪器槽内，进一步将压力传感器用螺丝固定；
S4：将信号电缆线从顶盖中心的预留孔洞中穿出，扣紧顶盖并用螺丝将顶盖与下壳体固定连接，在顶盖与下壳体的连接处进行密封；
S5：重复以上步骤至步骤，组装多组新型多功能深层分段监测仪器，并将组装好的多组新型多功能深层分段监测仪器进行串联，相邻两组新型多功能深层分段监测仪器之间形成一个电缆接头，进一步通过连接钢绞线将多组新型多功能深层分段监测仪器连接在一起；
S6：将串联完成的多组新型多功能深层分段监测仪器放置于钻孔设定位置，进一步将的自动化数据采集装置和信号电缆线连接，并回填钻孔。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明将压力传感器及倾角传感器串联形成测量综合体并电连接自动化数据采集装置，因此可以同时进行土体深层水平位移及土压力的监测，减少了钻孔的数量，提高了了经济性与环保性。
2、将多组检测仪器装置串联形成测量线体并电连接数据采集装置，将测量线体进入到测量的钻孔，并传送进入到测量位置，从而可以测量钻孔内不同深度的水平位移以及土压力，并进一步进行自动化传送数据，从而避免了手动监测，提高了监测的效率和精准性，使用便捷。
3、本发明结构简单，操作方便，测量精确，自动化程度高，便于推广和实施。
附图说明
图1为本发明的新型多功能深层分段监测仪器结构示意图；
图2为本发明中多组新型多功能深层分段监测仪器串联的结构示意图；
图中附图标记表示为：
11、顶盖；12、压力传感器；13、倾角传感器；14、下壳体；15、信号电缆线；16、仪器槽；21、自动化数据采集装置；22、电缆接头；23、连接钢绞线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
参见图1至图2所述的一种新型多功能深层分段监测仪器，包括下壳体14、顶盖11、倾角传感器13、压力传感器12和自动化数据采集装置21，所述下壳体14的上部设置有顶盖11，所述下壳体14的内部设置有倾角传感器13，所述下壳体14外部的两侧分别开设有仪器槽16，两个所述仪器槽16内均设置有压力传感器12，所述压力传感器12的受压面位于其外侧壁，所述倾角传感器13和压力传感器12均通过信号电缆线15与自动化数据采集装置21连接，所述倾角传感器13和压力传感器12的传输信号为RS485信号传输，可以直接连接自动监测装置；所述自动化数据采集装置21用于接收数据和分析数据，自动化数据采集装置21包括单片机和无线发射装置，单片机用于输入测量信号，无线发射装置用于发射测量结果。
所述倾角传感器13固定设置在下壳体14内底面的中心，所述下壳体14内部放置倾角传感器13之后留有空隙，作为倾角传感器13放置和线路连接的通道。
所述倾角传感器13采用卡尔曼滤波技术，可以测量传感输出相对水平面的倾斜和俯仰角度；卡尔曼滤波技术可以在线性状态空间表示的基础上对有噪声的输入和观测信号进行处理，求取系统状态或真实信号。
卡尔曼滤波是一种最优估计技术。工程中，为了了解工程对象(滤波中称为系统〉的各个物理量(滤波中称为状态〉的确切数值，或为了达到对工程对象进行控制的目的，必须利用测量手段对系统的各个状态进行测量。但是，测量值可能仅是系统的部分状态或是部分状态的线性组合，且量测值中有随机误差(常称为量测噪声)。最优估计就是针对上述问题的一种解决方法。最优估计能将仅与部分状态有关的测量进行处理，得出从某种统计意义上讲误差最小的更多状态的估值。误差最小的标准常称为估计准则,根据不同的的估计准则和估计计算方法，有各种不同的最优估计，卡尔曼滤波是一种递推线性最小方差估计。
所述顶盖11和下壳体14均由硬质材料制作而成，顶盖11和下壳体14之间通过螺丝固定并密封连接，以防止液体进入下壳体14内部，所述顶盖11的中心开设有预留孔洞。
所述倾角传感器13和压力传感器12之间通过信号电缆线15串联。
一种新型多功能深层分段监测仪器的串联使用方法，包括以下步骤：
S1：将倾角传感器13放置在下壳体14内部，并用螺丝固定；
S2：通过信号电缆线15将所述压力传感器12与倾角传感器13串联，并将信号电缆线15放入底盖内；
S3：将压力传感器12放置在下壳体14外壁的仪器槽16内，进一步将压力传感器12用螺丝固定；
S4：将信号电缆线15从顶盖11中心的预留孔洞中穿出，扣紧顶盖11并用螺丝将顶盖11与下壳体14固定连接，在顶盖11与下壳体14的连接处进行密封；
S5：重复以上步骤1至步骤4，组装多组新型多功能深层分段监测仪器，并将组装好的多组新型多功能深层分段监测仪器进行串联，相邻两组新型多功能深层分段监测仪器之间形成一个电缆接头22，进一步通过连接钢绞线23将多组新型多功能深层分段监测仪器连接在一起，从而增加了各个监测仪连接的稳定性，避免了测量过程中电缆线断裂造成监测失效，信号电缆线15及连接钢绞线23的长度可以自由调节，以确保可以得到不同位置的水平位移及土压力变化；
S6：将多组新型多功能深层分段监测仪器串联形成测量线体并电连接自动化数据采集装置21；进一步将测量线体进入到测量的钻孔，并传送进入到测量位置；保持每一组新型多功能深层分段监测仪器与其对应的钻孔平行，倾角传感器13监测出钻孔的倾斜角度，各个新型多功能深层分段监测仪器在钻孔的内部性的形成各个水平位移测量点，各个测量点在钻孔内部形成测量数据线，从而可以测量钻孔的各个位置的水平位移；进一步对钻孔进行回填；压力传感器12监测出土体土压力，通过转化可以得到土体水平以及竖直向土压力，各个新型多功能深层分段监测仪器在钻孔的内部形成各个土压力测量点，从而可以测量钻孔的各个位置的水平以及竖直土压力；最后进行数据传送。
自动化数据采集装置21对数据进行采集，从而避免了手动监测，提高了监测的效率和精准性，使用便捷，实现了自动化测试；可以根据测量的深度设计的所述新型多功能深层分段监测仪器串联的个数，提高了土压力以及水平位移监测的适用能力。
作为本发明的一种优选实施例，倾角传感器13以及压力传感器12通过信号电缆线15连接有电缆接头22，通过电缆接头22对新型多功能深层分段监测仪器可拆卸的串联连接，从而可以根据需要进行连接，连接方便快捷。
作为本发明的一种优选实施例，多组新型多功能深层分段监测仪器进行串联时，通过连接钢绞线23进行连接，从而增加了各个监测仪器连接的稳定性，避免了测量过程中各个信号电缆线15断裂造成测试顺畅。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种新型多功能深层分段监测仪器，其特征在于：包括下壳体(14)、顶盖(11)、倾角传感器(13)、压力传感器(12)和自动化数据采集装置(21)，所述下壳体(14)的上部设置有顶盖(11)，所述下壳体(14)的内部设置有倾角传感器(13)，所述下壳体(14)外部的两侧分别开设有仪器槽(16)，两个所述仪器槽(16)内均设置有压力传感器(12)，所述压力传感器(12)的受压面位于其外侧壁，所述倾角传感器(13)和压力传感器(12)均通过信号电缆线(15)与自动化数据采集装置(21)连接，所述倾角传感器(13)和压力传感器(12)的传输信号为RS485信号传输；所述自动化数据采集装置(21)包括单片机和无线发射装置。
2.如权利要求1所述的一种新型多功能深层分段监测仪器，其特征在于：所述倾角传感器(13)固定设置在下壳体(14)内底面的中心，所述下壳体(14)内部放置倾角传感器(13)之后留有空隙，作为倾角传感器(13)放置和线路连接的通道。
3.如权利要求2所述的一种新型多功能深层分段监测仪器，其特征在于：所述倾角传感器(13)采用卡尔曼滤波技术。
4.如权利要求1所述的一种新型多功能深层分段监测仪器，其特征在于：所述顶盖(11)和下壳体(14)均由硬质材料制作而成，顶盖(11)和下壳体(14)之间通过螺丝固定并密封连接，所述顶盖(11)的中心开设有预留孔洞。
5.如权利要求1所述的一种新型多功能深层分段监测仪器，其特征在于：所述倾角传感器(13)和压力传感器(12)之间通过信号电缆线(15)串联。
6.一种新型多功能深层分段监测仪器的串联使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将倾角传感器(13)放置在下壳体(14)内部，并用螺丝固定；
S2：通过信号电缆线(15)将所述压力传感器(12)与倾角传感器(13)串联，并将信号电缆线(15)放入底盖内；
S3：将压力传感器(12)放置在下壳体(14)外壁的仪器槽(16)内，进一步将压力传感器(12)用螺丝固定；
S4：将信号电缆线(15)从顶盖(11)中心的预留孔洞中穿出，扣紧顶盖(11)并用螺丝将顶盖(11)与下壳体(14)固定连接，在顶盖(11)与下壳体(14)的连接处进行密封；
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