CN116295256A - 一种全自动深层土体沉降测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于岩土工程土体沉降监测领域，涉及一种全自动深层土体沉降测量方法及装置。通过数据采集控制板控制电机带动丝杠转动，丝杠上的检测滑块在丝杠上移动，由霍尔元件记录丝杠转动的圈数，当检测滑块移动到分层沉降磁环的位置时，检测滑块中的干簧管通过电磁感应向数据采集控制板发射信号，使电机停止转动，检测滑块停止在分层沉降磁环的位置，霍尔元件记录的转动圈数为检测滑块在丝杠上移动的螺纹间距数量，根据螺纹间距及移动的数量计算出检测滑块在丝杠上移动的距离，再通过标高换算得出分层沉降磁环发生沉降的位置。本发明提高了测量精度，减少了磁感应器的使用数量，大幅降低制造成本。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程土体沉降监测领域，尤其是一种全自动深层土体沉降测量方法及装置。
背景技术
深层土体沉降是工程中最为关心的问题之一，在工程施工期及后期使用期，掌握深层土体沉降对工程施工、设计及使用具有重要意义。目前深层土体沉降监测，主要是预先钻孔埋设圆形测量导管，磁环间隔套在测量导管外部，将带有标尺的分层沉降仪探头深入测量导管内感应磁环的位置，从而测量各土层沉降量。因此，如何测量磁环的位置，成为深层土体沉降观测的关键。上述测量磁环的方式，无法获得连续的实时的观测，观测成本较高，恶劣环境适应性差，因此开发全自动、高精度的沉降观测仪器具有一定的现实意义。
CN104330072A公开了一种基于RS-485通讯的连续测量分层沉降传感器，在管壳内安装有通讯电路板和测量电路板，在测量电路板上布有均匀间隔的磁感应器件，所述的磁感应器件为干簧管或霍尔芯片。该专利分层沉降传感器通过检测磁环位置计算土层沉降量。当磁感应器件(干簧管或霍尔芯片)感应到磁力时，输出为0，通讯电路板MCU读取测量电路板的串行数据，计算出当前磁环位置，通过485通讯线将测量数据发送至数据采集传送系统。
该专利在测量电路板上需要布设多个磁感应器件，该专利一般精度为2.5mm～5mm，极限精度为1mm，并且，随着精度的提升，需要布置的磁感应器数量成倍增加，造价也大幅增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全自动深层土体沉降测量方法及装置，提高了测量精度，减少了磁感应器的使用数量，大幅降低制造成本。
实现本发明目的的技术方案为：
本发明的第一方面是提供了一种全自动深层土体沉降测量方法，通过数据采集控制板控制电机带动丝杠转动，丝杠上的检测滑块在丝杠上移动，由霍尔元件记录丝杠转动的圈数，当检测滑块移动到分层沉降磁环的位置时，检测滑块中的干簧管通过电磁感应向数据采集控制板发射信号，使电机停止转动，检测滑块停止在分层沉降磁环的位置，霍尔元件记录的转动圈数为检测滑块在丝杠上移动的螺纹间距数量，根据螺纹间距及移动的数量计算出检测滑块在丝杠上移动的距离，再通过标高换算得出分层沉降磁环发生沉降的位置。
本发明的第二方面是提供了一种全自动深层土体沉降测量装置，包括封装管以及安装在封装管内的数据采集控制板，在封装管内还安装有：电机、联轴器、丝杠、管体、检测滑块、霍尔元件。所述电机连接所述数据采集控制板；所述联轴器具有第一端和第二端，所述联轴器的第一端连接所述电机，所述联轴器内嵌1个以上强磁元件；所述丝杠具有顶端和底端，所述丝杠的顶端连接所述联轴器的第二端；所述管体具有一容腔及两相对面，两相对面分别贴有镀镍胶带，形成碳刷的导电轨道，所述管体底部连接航空插头，所述管体与所述丝杠平行间隔设置；所述检测滑块内置有一干簧管及两碳刷，所述干簧管与两碳刷连接，所述碳刷与镀镍胶带上的镀镍涂层接触后形成通路；所述检测滑块套装在所述丝杠及所述管体上，与所述丝杠啮合连接；所述霍尔元件与所述数据采集控制板连接，所述霍尔元件安装在所述联轴器的旁侧，联轴器每转动一圈，霍尔元件与其内嵌的强磁元件电磁感应n次，记录n次转动，n为强磁元件数量。
进一步地，所述数据采集控制板通过弹簧电线连接航空插头。
进一步地，还包括一顶部固定件，所述顶部固定件上制有数据采集控制板容腔、电机容腔、丝杠顶部容腔、霍尔元件容腔及管体顶端容腔。
进一步地，还包括一丝杠上限位件，所述顶部固定件上还制有丝杠上限位件容腔，固定所述丝杠上限位件。
进一步地，还包括一底部固定件，所述底部固定件上制有丝杠底端容腔、管体底端容腔。
进一步地，还包括一丝杠下限位件，所述底部固定件上还制有丝杠下限位件容腔，固定所述丝杠下限位件。
进一步地，所述封装管两端分别通过活接公头和活接母头封堵，多个测量装置通过活接公头及活接母头连接。
本发明的优点和有益效果：
本发明通过丝杠转动实现检测滑块在丝杠之间进行移动，霍尔元件记录的转动圈数，即为滑块移动的螺纹间距数量，根据螺纹间距及转动圈数可以计算出检测滑块移动的距离。另外，通过缩小螺纹间距和增加强磁元件数量可以实现测量精度的控制。通过数据采集控制板控制，实现高精度、全自动的数据监测。
附图说明
图1为根据本申请实施例的土体沉降测量装置的内部器件结构图；
图2为根据本申请实施例的土体沉降测量装置的内部器件封装示意图；
图3为根据本申请实施例的土体沉降测量装置的检测滑块结构示意图；
图4为根据本申请实施例的土体沉降测量装置的顶部固定件结构示意图；
图5为根据本申请实施例的土体沉降测量装置的底部固定件结构示意图；
图6为根据本申请实施例的土体沉降测量装置的使用状态图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1为航空插头母头、2为活接母头、3为弹簧电线、4为数据采集控制板、5为电机、6为霍尔元件、7为联轴器、8为丝杠、9为管体、10为检测滑块、11为丝杠上限位件、12为丝杠下限位件、13为航空插头公头、14为活接公头、15为封装管、16为顶部固定件、17为底部固定件、18为磁环、19为测量导管；
101、105均为碳刷容腔、102为管体穿孔、103为丝杠穿孔、104为干簧管容腔；
161为丝杠上限位件容腔、162为管体顶端容腔、163为丝杠顶部容腔、164为电机容腔、165为霍尔元件容腔、166为数据采集控制板容腔；
171为丝杠底端容腔、172为管体底端容腔、173为丝杠下限位件容腔。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1所示的一种全自动深层土体沉降测量装置，包括封装管15以及安装在封装管15内的数据采集控制板4，在封装管15内还安装有：电机5、联轴器7、丝杠8、管体9、检测滑块10及霍尔元件6。
电机5采用微型减速电机5，连接所述数据采集控制板4。数据采集控制板4通过弹簧电线3连接航空插头母头1。
联轴器7采用变径联轴器7，具有第一端和第二端，所述联轴器7的第一端连接所述电机5，所述联轴器7内嵌1个以上强磁元件。
丝杠8采用精密，具有顶端和底端，所述丝杠8的顶端连接所述联轴器7的第二端。在丝杠8顶端设置丝杠上限位件11，在丝杠8底端设置丝杠下限位件12，用于限制检测滑块10的检测范围。
通过缩小丝杠8的螺纹间距和增加强磁元件数量可以实现测量精度的控制。例如，在螺纹间距1mm的情况下，对立分布两个强磁元件时，测量精度为0.5mm，对称分布4个强磁时，测量精度为0.25mm。
管体9采用空心玻璃纤维方管，玻璃纤维满足强度和轻量化的要求。管体9与丝杠8平行间隔设置。所述管体9底部连接航空插头公头13，管体9外观为方形，管体9的上端、下端分别置于顶部固定件16及底部固定件17的方形容腔内，方形设计可以保证管体不会随丝杠转动而转动，管体9具有一容腔及两相对面，容腔内为丝杠下限位件12及航空插头公头13的线路通道，两相对面分别贴有镀镍胶带，形成碳刷的导电轨道。
检测滑块10上制有干簧管容腔104及两碳刷容腔101、105，用于内置一干簧管及两碳刷，所述干簧管与两碳刷连接，所述碳刷与镀镍胶带上的镀镍涂层接触，当干簧管与磁环发生电磁感应时，形成通路，通过镀镍涂层将信号返回数据采集控制板4。
如图2所示，检测滑块10上制有丝杠穿孔103及管体穿孔102，套装在所述丝杠8及所述管体9上，与所述丝杠8啮合连接。
电机5通过联轴器7驱动丝杠8转动，检测滑块10在丝杠8上移动。电机5转动一圈，检测滑块10移动一个丝杠8螺纹间距，可以通过转动圈数和丝杠8螺纹间距确定磁环位置。
霍尔元件6采用单极霍尔元件6，与所述数据采集控制板4连接，所述霍尔元件6安装在所述联轴器7的旁侧，联轴器7每转动一圈，霍尔元件6与其内嵌的强磁元件电磁感应n次，记录n次转动，n为强磁元件数量。
沉降测量精度由丝杠8螺纹间距和强磁元件数量决定，量程由丝杠8导程长度决定。内嵌一个强磁元件时，可以记录转动一圈的次数，对称内嵌两个强磁元件时，可以记录转动半圈的次数。在螺纹间距一定的情况下，增加强磁元件数量，可实现提高测量精度的目的。
为了固定数据采集控制板4、电机5、霍尔元件6、管体9顶端及丝杠上限位件11，设置一顶部固定件16，所述顶部固定件16上制有数据采集控制板容腔166、电机容腔164、丝杠顶部容腔163、霍尔元件容腔165、管体顶端容腔162及丝杠上限位件容腔161。顶部固定件16也同时起到保护和隐蔽各器件的作用。
为了固定丝杠8底端、管体9底端及丝杠下限位件12，还包括一底部固定件17，所述底部固定件17上制有丝杠底端容腔171、管体底端容腔172及丝杠下限位件容腔173。
封装管15两端分别通过活接公头14和活接母头2封堵，根据工程需要的长度，可以将多个测量装置通过活接公头14及活接母头2连接。
本全自动深层土体沉降测量装置的测量方法为：
数据采集控制板4发送指令，电机5开始转动，联轴器7带动丝杠8转动，丝杠8转动推动检测滑块10从丝杠8的底端向顶端移动。检测滑块10移动中，由霍尔元件6记录丝杠8转动的圈数，当检测滑块10移动到分层沉降磁环的位置时，检测滑块10中的干簧管通过电磁感应，处于连通状态，并向数据采集控制板4发射信号，切断电机5电源，让电机5停止转动，检测滑块10也就停止在磁环的位置。霍尔元件6记录的转动圈数，即检测滑块10在丝杠8上移动的螺纹间距数量，根据螺纹间距及移动的数量可以计算出检测滑块10移动的距离，通过标高换算，从而知道磁环发生的沉降。
具体的：检测开始前，检测滑块10位于下限位件的位置，检测滑块10内的干簧管处于断开状态。检测开始后，电机5接通电路，带动丝杠8转动，霍尔元件6和联轴器7上的强磁元件开始工作。当霍尔元件6正对强磁时，通过电磁感应，霍尔元件6接通，记录丝杠8转动圈数。丝杠8转动一圈，检测滑块10移动一个丝杠8螺纹间距的距离。每转动一圈，霍尔元件6和微型强磁元件发生n次电磁感应，记录n次转动，n为强磁元件数量。
随着检测滑块10的不断移动，当检测滑块10移动到土体中磁环18的位置时，检测滑块10内的干簧管发生电磁感应，处于接通状态，这时干簧管、碳刷及玻璃纤维方管上的镀镍胶带形成电回路，向数据采集控制板4发射信号，切断电机5电源，让电机5停止转动，检测滑块10也就停止在磁环18的位置，根据霍尔元件6记录的转动圈数，通过计算可以获得检测滑块10移动的距离，通过标高换算，从而知道磁环18发生的沉降。
当检测滑块10在从下限位件到上限位件的移动过程中未检测到磁环18时，检测滑块10触碰到上限位件时，数据采集控制板4向电机5发出指令，电机5开始反方向转动，检测滑块10将向下移动至下限位件，准备下次的检测。
当项目结束后，可以将测量装置从测量导管19中拔出，将所有装置全部回收，实现仪器设备的重复利用。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种全自动深层土体沉降测量方法，其特征在于，通过数据采集控制板（4）控制电机（5）带动丝杠（8）转动，丝杠（8）上的检测滑块（10）在丝杠（8）上移动，由霍尔元件（6）记录丝杠（8）转动的圈数，当检测滑块（10）移动到分层沉降磁环的位置时，检测滑块（10）中的干簧管通过电磁感应向数据采集控制板（4）发射信号，使电机（5）停止转动，检测滑块（10）停止在分层沉降磁环的位置，霍尔元件（6）记录的转动圈数为检测滑块（10）在丝杠（8）上移动的螺纹间距数量，根据螺纹间距及移动的数量计算出检测滑块（10）在丝杠（8）上移动的距离，再通过标高换算得出分层沉降磁环发生沉降的位置。
2.一种实现权利要求1所述方法的测量装置，包括封装管（15）以及安装在封装管（15）内的数据采集控制板（4），其特征在于，在封装管（15）内还安装有：
电机（5）、所述电机（5）连接所述数据采集控制板（4）；
联轴器（7）、所述联轴器（7）具有第一端和第二端，所述联轴器（7）的第一端连接所述电机（5），所述联轴器（7）内嵌1个以上强磁元件；
丝杠（8）、所述丝杠（8）具有顶端和底端，所述丝杠（8）的顶端连接所述联轴器（7）的第二端；
管体（9）、所述管体（9）具有一容腔及两相对面，两相对面分别贴有镀镍胶带，形成碳刷的导电轨道，所述管体（9）底部连接航空插头，所述管体（9）与所述丝杠（8）平行间隔设置；
检测滑块（10）、所述检测滑块（10）内置有一干簧管及两碳刷，所述干簧管与两碳刷连接，所述碳刷与镀镍胶带上的镀镍涂层接触后形成通路；所述检测滑块（10）套装在所述丝杠（8）及所述管体（9）上，与所述丝杠（8）啮合连接；
霍尔元件（6）、所述霍尔元件（6）与所述数据采集控制板（4）连接，所述霍尔元件（6）安装在所述联轴器（7）的旁侧，联轴器（7）每转动一圈，霍尔元件（6）与其内嵌的强磁元件电磁感应n次，记录n次转动，n为强磁元件数量。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述数据采集控制板（4）通过弹簧电线（3）连接航空插头。
4.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，还包括一顶部固定件（16），所述顶部固定件（16）上制有数据采集控制板容腔（166）、电机容腔（164）、丝杠顶部容腔（163）、霍尔元件容腔（165）及管体顶端容腔（162）。
5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，还包括一丝杠上限位件（11），所述顶部固定件（16）上还制有丝杠上限位件容腔（161），固定所述丝杠上限位件（11）。
6.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，还包括一底部固定件（17），所述底部固定件（17）上制有丝杠底端容腔（171）、管体底端容腔（172）。
7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，还包括一丝杠下限位件（12），所述底部固定件（17）上还制有丝杠下限位件容腔（173），固定所述丝杠下限位件（12）。
8.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述封装管（15）两端分别通过活接公头（14）和活接母头（2）封堵，多个测量装置通过活接公头（14）及活接母头（2）连接。
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