CN114322923A - 一种沉降监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉降监测装置及方法，包括预先打入地下特定位置的筒体，筒体顶部设有可拆卸的沉降设备，沉降设备包括筒体内固定设置的拉力传感器，拉力传感器上连接有测量绳，测量绳远离拉力传感器的一端固定连接有重力球监测模块；球状结构的重力球监测模块与拉力传感器连接，测量和传输重力球监测模块的拉力值；并通过内置的倾斜角测量单元、加速度测量单元和磁场测量单元分别测量和传输所述重力球监测模块的倾斜角度值、加速度值和位移值，进而可以获取土壤沉降的角度、加速度和受力移动方向。上述方案可以监测到重力球监测模块下方以及四周的沉降，其测量的自由度和灵敏度更高，同时监测范围和空间更大更广。

Description

一种沉降监测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种监测装置及监测方法，具体涉及一种沉降监测装置及方法。

背景技术

为了观测和分析地面塌陷形成与动态变化，常常开展以下两方面工作：其一是对诱发塌陷活动的各种动力条件的监测,包括地下水的天然动态和人工动态、地震活动等；其二是地面塌陷活动的内部条件及塌陷前兆现象监测,主要内容是测试岩土体性质和地下洞穴，测量地面变形和建筑物开裂、倾斜、沉陷等过程。这些监测工作的时问和周期,视具体情况确定,如果在塌陷危险区进行大型抽水、排水、蓄水等活动。监测方法不断丰富,如用水准仪、百分表、地震仪等监测地震和建筑物变形,用钻孔深部应变仪、分层桩监测岩土体特征等。

目前地铁施工区域施工顶棚被永久性材质支撑住之前，总有一段新开挖的空间，这一空间的土层、砂石等物质可能下陷，导致塌方等。施工现场对下陷的监测采用向地下打一根铁棍，铁棍周边堆放沙子，观察沙子沉降判断地下的沉降。然而，这种方法不但监测面积小，且由于利用铁棍的直线下沉测量，不适用于多方位地面塌陷监测，因此具有定位和监测精度低等缺陷。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种沉降监测装置及方法，通过拉力传感器、倾斜角测量单元、加速度测量单元和磁场测量单元，获取重力球监测模块的受力值、倾斜角度值、加速度值和位移值，进而获得土壤沉降的角度、加速度和受力移动方向。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种沉降监测装置，其特征在于：包括筒体，所述筒体顶部设有可拆卸的沉降设备，所述沉降设备包括筒体内固定设置的拉力传感器，所述拉力传感器上连接有测量绳，所述测量绳远离所述拉力传感器的一端固定连接有重力球监测模块；

所述重力球监测模块和拉力传感器连接，用于测量和传输所述重力球监测模块的拉力值，并上传重力球内监测模块的感知信息；

其中，所述重力球监测模块为重力球结构，球体内密封设有倾斜角测量单元、加速度测量单元、磁场测量单元和信号处理单元；所述斜角测量单元、加速度测量单元和磁场测量单元，分别用于测量和传输所述重力球监测模块的倾斜角度值、加速度值和位移值；所述信号处理单元用于预处理所述倾斜角测量单元、加速度测量单元和磁场测量单元的信号，并以数字化的形式输出信息。

优选地，所述沉降监测装置还包括上位机、警报器和显示器；所述上位机分别连接所述报警器和显示器。

优选地，所述沉降设备还包括数据传输线和柔性连接线；所述筒体前端设有凹槽，所述凹槽中心位置设有开孔；所述凹槽中心位置的开孔直径小于所述重力球监测模块的直径；所述筒体后端设有开孔；所述柔性连接线承受所述重力球监测模块产生的拉力；所述数据传输线不承受所述重力球监测模块产生的拉力；

所述数据传输线的输入端分别电性连接所述拉力传感器、倾斜角测量单元、信号处理单元、加速度测量单元和磁场测量单元。

优选地，所述沉降监测装置还包括导管和连接杆，所述连接杆通过螺栓和所述筒体后端连接；所述导管为空心管，用于插入并穿过外层土层；所述沉降设备贯穿所述导管插入监测土层；所述连接杆为中空结构，连接杆的中空部分通过所述筒体后端的开孔和所述筒体内部连通。

优选地，所述筒体侧面对称的设置有数对环形平滑凸起；所述环形平滑凸起，用于阻止所述筒体受重力影响的下沉。

进一步地，所述数据传输线分别穿过所述凹槽中心位置的开孔、所述筒体后端的开孔和所述连接杆的中空部分；所述数据传输线的输出端电性连接所述上位机；所述上位机，用于分别接收所述拉力传感器、信号处理单元、斜角测量单元、加速度测量单元和磁场测量单元监测的所述重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值，并通过所述显示器显示。

进一步地，所述测量绳穿过所述凹槽中心位置的开孔分别连接所述重力球监测模块和拉力传感器；所述柔性连接线穿过所述筒体后端的开孔和所述连接杆的中空部分；所述柔性连接线，用于在测量开始前固定所述重力球监测模块以及测量结束后将所述重力球监测模收回至所述筒体前端设有凹槽。

进一步地，当上位机接收的所述重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值其中任意一条数值不在预设范围内时，所述上位机控制所述警报器报警。

一种沉降监测方法，所述方法包括：

实时获取重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值传输至上位机；

上位机接收重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值与上位机对应数据值的预设范围进行对比；

当实时获取的重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值均处于对应数据值的预设范围时，上位机储存对应数值并上传到云端服务器；

当实时获取的重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值中任意一条数据值不处于对应数据值的预设范围时，上位机控制警报器报警。

优选地，所述上位机通过所述重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值获取土壤沉降的角度、加速度和受力移动方向。

本发明的有益效果体现在：

1、本发明提供一种沉降监测装置及方法，主要通过重力球监测模块监测路面中土壤的沉降，重力球监测模块整体为一个重力球结构；在实际测量过程中，受不同沉降情况影响，会进行倾斜、滑动甚至脱离筒体向外沉降，这些移动均可以被上位机通过监测单元进行读取，并及时进行报警，其监测面积更大，监测空间更广。

2、重力球监测模块利用其包含的功能模块“倾斜角测量单元、加速度测量单元和磁场测量单元”使得装置的测量灵敏度极高，在测量过程中不受监测人员变动影响，测量单元的测量结果比如人为测量更加准确详细。

3、由于重力球监测模块其球形结构，所以在进行监测时，不仅限于垂直方向上的沉降测量，由于其球形的高自由度，本发明的监测装置也可以对向四周坍塌或者山体滑坡等进行及时的监测和报警。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例1提供的沉降监测装置使用状态结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的沉降设备结构示意图；

图3为本发明实施例2提供的沉降监测方法流程图；

附图中，1、导管，2、筒体，21、重力球监测模块，211、斜角测量单元，212、加速度测量单元，213、磁场测量单元，214、信号处理单元，22、拉力传感器，221、测量绳，23、柔性连接线，24、数据传输线，25、环形平滑凸起，3、连接杆，4、上位机，5、显示器，6、报警器，7、定位钢丝绳索。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1：

本实施例提供了一种沉降监测装置，该装置主要应用于地铁施工现场对下陷的监测；

如图1所示，本实施例提供一种沉降监测装置，其特征在于：包括筒体2，筒体2顶部设有可拆卸的沉降设备，沉降设备包括筒体2内固定设置的拉力传感器22，拉力传感器22上连接有测量绳221，测量绳221远离拉力传感器22的一端固定连接有重力球监测模块21；

所述重力球监测模块21和拉力传感器22连接，用于测量和传输重力球监测模块的拉力值21，并上传重力球内监测模块的感知信息；

其中，所述重力球监测模块21为重力球结构，即有质量的球状结构，球体内密封设有倾斜角测量单元211、加速度测量单元212、磁场测量单元213和信号处理单元214；所述斜角测量单元211、加速度测量单元212和磁场测量单元213，分别用于测量和传输重力球监测模块21的倾斜角度值、加速度值和位移值；信号处理单元214用于预处理所述倾斜角测量单元、加速度测量单元和磁场测量单元的信号，并以数字化的形式输出信息。

如图2所示，沉降监测装置还包括上位机4、警报器5和显示器6；所述上位机4分别连接所述报警器5和显示器6。

此外，沉降设备还包括数据传输线24和柔性连接线23；所述筒体2前端设有凹槽，凹槽中心位置设有开孔；所述凹槽中心位置的开孔直径小于所述重力球监测模块21的直径；筒体后端设有开孔，柔性连接线23承受重力球监测模块21产生的拉力；所述数据传输线24不承受所述重力球监测模块21产生的拉力；

所述数据传输线24的输入端分别电性连接所述拉力传感器22、倾斜角测量单元211、信号处理单元214、加速度测量单元212和磁场测量单元213。

沉降监测装置还包括导管1和连接杆3，连接杆3通过螺栓和筒体2后端连接；所述导管1为空心管，用于插入并穿过外层土层；所述沉降设备贯穿导管1插入监测土层；连接杆3为中空结构，连接杆3的中空部分通过筒体2后端的开孔和筒体2内部连通。

筒体2侧面对称的设置有数对环形平滑凸起25；所述环形平滑凸起25，用于阻止所述筒体受重力影响的下沉。

所述数据传输线23分别穿过所述凹槽中心位置的开孔、筒体2后端的开孔和连接杆3的中空部分；所述数据传输线24的输出端电性连接上位机4；所述上位机4，用于分别接收所述拉力传感器22、信号处理单元214、斜角测量单元211、加速度测量单元212和磁场测量单元213监测的重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值，并通过显示器5显示。

进一步地，所述测量绳221穿过所述凹槽中心位置的开孔分别连接重力球监测模块21和拉力传感器22；所述柔性连接线23穿过筒体2后端的开孔和所述连接杆3的中空部分；所述柔性连接线23，用于在测量开始前固定重力球监测模块21以及测量结束后将重力球监测模块21收回至所述筒体2前端设有凹槽。

当上位机4接收的所述重力球监测模块21的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值其中任意一条数值不在预设范围内时，所述上位机4控制所述警报器6报警。

具体监测过程如下：

沉降监测装置在监测开始前，需要预先确定监测的位置，将导管1预先打入地下特定位置并通过定位钢丝绳索7对其进行固定，阻止其下滑。导管1为空心管，筒体2穿过空心导管1打入监测区域土层，所述筒体2顶部设有可拆卸的沉降设备，所述沉降设备包括筒体2内固定设置的拉力传感器22，所述拉力传感器22上连接有测量绳221，所述测量绳221远离拉力传感器22的一端固定连接有重力球监测模块21；所述重力球监测模块21和拉力传感器22连接，用于测量和传输所述重力球监测模块21的拉力值，重力球监测模块21在测量开始前会有初始的拉力值，并上传重力球内监测模块21的感知信息；在监测过程中如果拉力值大小超过预设范围，则能体现出被监测土层存在坍塌危机；

其中，所述重力球监测模块21为重力球结构，球体内密封设有倾斜角测量单元211、加速度测量单元212、磁场测量单元213和信号处理单元214；所述斜角测量单元211、加速度测量单元212和磁场测量单元213，分别用于测量和传输所述重力球监测模块21的倾斜角度值、加速度值和位移值，所述信号处理单元214，用于预处理倾斜角测量单元211、加速度测量单元212和磁场测量单元213的信号，并以数字化的形式输出信息。重力球监测模块21通过自身的倾斜角度值、加速度值和位移值获取监测土层是否存在倾斜、滑动或者大范围移动，在监测过程中监测到的倾斜角度值、加速度值和位移值大小超过预设范围，则能体现出被监测土层存在坍塌危机。

此外，沉降监测装置还包括上位机4、警报器6和显示器5；所述上位机4分别连接报警器6和显示器5；实时获取重力球监测模块21的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值通过数据传输线24传输至上位机4，上位机4接收重力球监测模块21的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值与上位机4对应数据值的预设范围进行对比，当实时获取的重力球监测模块21的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值均处于对应数据值的预设范围时，上位机4储存对应数值并上传到云端服务器；当实时获取的重力球监测模块21的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值中任意一条数据值不处于对应数据值的预设范围时，上位机4控制警报器6报警。上位机4实时获取的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值均通过所述显示器5进行显示，可以更加方便直观的进行观察和记录。

沉降监测装置还包括导管1和连接杆3，所述连接杆3通过螺栓和所述筒体2后端连接；所述导管2为空心管，用于插入并穿过外层土层；所述沉降设备贯穿所述导管2插入监测土层；所述连接杆3为中空结构，所述连接杆3的中空部分通过所述筒体2后端的开孔和所述筒体2内部连通。

所述沉降设备还包括数据传输线24和柔性连接线25；所述筒体2前端设有凹槽，所述凹槽中心位置设有开孔；所述凹槽中心位置的开孔直径小于所述重力球监测模块21的直径；所述筒体2后端设有开孔；所述柔性连接线25承受所述重力球监测模块21产生的拉力；所述数据传输线24不承受所述重力球监测模块21产生的拉力；柔性连接线25对数据传输线24起保护作用，在使用结束后可以通过拉拽柔性连接线25使用完后将筒体2等相关设备拉到地面重复利用，在拉拽过程中柔性连接线25受拉力，数据传输线25不承受拉力。

所述数据传输线24的输入端分别电性连接所述拉力传感器22、倾斜角测量单元211、加速度测量单元212、磁场测量单元213和信号处理单元214。

所述数据传输线24分别穿过所述凹槽中心位置的开孔、所述筒体2后端的开孔和所述连接杆3的中空部分，从所述连接杆3后端穿出，从所述连接杆3穿出的所述数据传输线的输出端电性连接所述上位机4；所述上位机4，用于分别接收所述拉力传感器22、斜角测量单元211、信号处理单元214、加速度测量单元212和磁场测量单元213监测的所述重力球监测模块21的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值。

所述测量绳221穿过所述凹槽中心位置的开孔分别连接所述重力球监测模块21和拉力传感器22；所述柔性连接线23穿过所述筒体后端的开孔和所述连接杆的中空部分；所述柔性连接线，用于在测量开始前固定所述重力球监测模块21以及测量结束后将所述重力球监测模收21回至所述筒体2前端设有凹槽。

所述筒体2侧面对称的设置有数对环形平滑凸起25；所述环形平滑凸起25，用于阻止所述筒体2受重力影响的下沉，所述筒体2有连接地面的柔性拉力钢丝绳索，用以对筒体2施加足够的拉力，阻止筒体2在监测位置的下滑。

所述上位机4通过重力球监测模块21的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值获取土壤沉降的角度、加速度和受力移动方向。同时本发明不仅限于垂直测量使用，可以根据导管1插入角度不同，进行倾斜或者水平的插入测量。

实施例2：

基于同一技术构思，如图3所示，本发明还提供一种沉降监测方法，所述方法包括：

步骤S1，实时获取重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值传输至上位机；

步骤S2，上位机接收重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值与上位机对应数据值的预设范围进行对比；

步骤S3，当实时获取的重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值均处于对应数据值的预设范围时，上位机储存对应数值并上传到云端服务器；

当实时获取的重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值中任意一条数据值不处于对应数据值的预设范围时，上位机控制警报器报警。

其中，上位机通过重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值获取土壤沉降的角度、加速度和受力移动方向。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种沉降监测装置，其特征在于：包括预先打入地下特定位置的筒体，所述筒体顶部设有可拆卸的沉降设备，所述沉降设备包括筒体内固定设置的拉力传感器，所述拉力传感器上连接有测量绳，所述测量绳远离所述拉力传感器的一端固定连接有重力球监测模块；所述重力球监测模块和拉力传感器连接，用于测量和传输所述重力球监测模块的拉力值，并上传重力球内监测模块的感知信息；

其中，所述重力球监测模块为重力球结构，球体内密封设有倾斜角测量单元、加速度测量单元、磁场测量单元和信号处理单元；所述斜角测量单元、加速度测量单元和磁场测量单元，分别用于测量和传输所述重力球监测模块的倾斜角度值、加速度值和位移值；所述信号处理单元用于预处理所述倾斜角测量单元、加速度测量单元和磁场测量单元的信号，并以数字化的形式输出信息。

2.根据权利要求1所述的一种沉降监测装置，其特征在于：所述沉降监测装置还包括上位机、警报器和显示器；所述上位机分别连接所述报警器和显示器。

3.根据权利要求1所述的一种沉降监测装置，其特征在于：所述沉降设备还包括数据传输线和柔性连接线；所述筒体前端设有凹槽，所述凹槽中心位置设有开孔；所述凹槽中心位置的开孔直径小于所述重力球监测模块的直径；所述筒体后端设有开孔；所述柔性连接线承受所述重力球监测模块产生的拉力；所述数据传输线不承受所述重力球监测模块产生的拉力；

所述数据传输线的输入端分别电性连接所述拉力传感器、倾斜角测量单元、信号处理单元、加速度测量单元和磁场测量单元。

4.根据权利要求1所述的一种沉降监测装置，其特征在于：所述沉降监测装置还包括导管和连接杆，所述连接杆通过螺栓和所述筒体后端连接；所述导管为空心管，用于插入并穿过外层土层；所述沉降设备贯穿所述导管插入监测土层；所述连接杆为中空结构，连接杆的中空部分通过所述筒体后端的开孔和所述筒体内部连通。

5.根据权利要求1所述的一种沉降监测装置，其特征在于：所述筒体侧面对称的设置有数对环形平滑凸起；所述环形平滑凸起，用于阻止所述筒体受重力影响的下沉。

6.根据权利要求3所述的一种沉降监测装置，其特征在于：所述数据传输线分别穿过所述凹槽中心位置的开孔、所述筒体后端的开孔和所述连接杆的中空部分；所述数据传输线的输出端电性连接所述上位机；所述上位机，用于分别接收所述拉力传感器、信号处理单元、斜角测量单元、加速度测量单元和磁场测量单元监测的所述重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值，并通过所述显示器显示。

7.根据权利要求3所述的一种沉降监测装置，其特征在于：所述测量绳穿过所述凹槽中心位置的开孔分别连接所述重力球监测模块和拉力传感器；所述柔性连接线穿过所述筒体后端的开孔和所述连接杆的中空部分；所述柔性连接线，用于在测量开始前固定所述重力球监测模块以及测量结束后将所述重力球监测模收回至所述筒体前端设有凹槽。

8.根据权利要求2所述的一种沉降监测装置，其特征在于：当上位机接收的所述重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值其中任意一条数值不在预设范围内时，所述上位机控制所述警报器报警。

9.一种沉降监测方法，其特征在于，所述方法包括：

实时获取重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值传输至上位机；

上位机接收重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值与上位机对应数据值的预设范围进行对比；

当实时获取的重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值均处于对应数据值的预设范围时，上位机储存对应数值并上传到云端服务器；

当实时获取的重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值中任意一条数据值不处于对应数据值的预设范围时，上位机控制警报器报警。

10.根据权利要求9所述的一种沉降监测方法，其特征在于：所述上位机通过重力球监测模块的拉力值、倾斜角度值、加速度值和位移值获取土壤沉降的角度、加速度和受力移动方向。

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